28]下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本發明。
[0029]如圖1所示，本發明一種基于無芯光纖內腔傳感的海洋環境空氣鹽度監測裝置及傳感方法，包括設置有栗浦源I，所述栗浦源I通過波分復用器(WDM)2的波分復用器輸入端②耦合進光路，所述波分復用器(WDM)2有兩路輸入和一路輸出，輸出端鏈接摻鉺光纖(EDF)3，所述摻鉺光纖(EDF)3輸出端連接光纖隔離器(IS0)5輸入端，所述光纖隔離器(IS0)5輸出端連接傳感器6，所述傳感器6為單模-無芯-單模光纖(SNS)的結構，所述傳感器6輸出端接親合器7的輸入端，所述親合器7有一路輸入和兩路輸出，親合器輸出端③連接光譜分析儀(0SA)8，耦合器輸出端④連接波分復用器(WDM)2的波分復用器輸入端①，形成環形腔。回路中各元件之間用單模光纖4進行連接。
[0030]所述栗浦源1，峰值工作波長范圍為970?985nm，輸出功率為90?650mW，輸出功率控制在70 %以下，防止功率過大損壞系統器件。
[0031]所述波分復用器(WDM)2，選用有兩路輸入和一路輸出，工作波長1550/980nm。
[0032]所述摻鉺光纖(EDF)3，在系統中作為增益介質，長度根據吸收系數選擇，以便環形腔光纖激光器獲得足夠的增益。
[0033]所述單模光纖4，工作波長為1550nm，可控制接入的長度來優化腔長及腔內損耗參數。
[0034]所述光纖隔離器(ISO) 5，起控制腔內激光傳播方向的作用，工作波長為1550nm。
[0035]所述傳感器6，為單模-無芯-單模光纖(SNS)的結構，無芯光纖長度15cm，無芯光纖11的長度精確截取方法是:將無芯光纖11 一端切平與單模光纖4熔接，然后截取一段無芯光纖11，將無芯光纖11固定于光纖切割刀上，一起固定于三維調整架上，在讀數顯微鏡下找到上一步熔接位置，移動讀數顯微鏡和三維調整架水平位移，使光纖切割刀的刀口位于待切割點，切割后與單模光纖4，完成單模-無芯-單模光纖(SNS)結構的制作。無芯光纖11和部分與之相連的單模光纖4采用抗腐蝕、透氣性能較好的材料封裝作為傳感探頭，并在封裝材料上打出一系列小孔，以便空氣快速進入。
[0036]所述耦合器7，選用有一路輸入和兩路輸出，分光比為10:90，如圖1所示，分光比為1 %的耦合器輸出端③連接光譜分析儀(0SA) 8，分光比為90 %的耦合器輸出端④連接波分復用器(WDM)2的波分復用器輸入端①。在實際選用時，應盡量選用損耗小的耦合器。
[0037]所述光譜分析儀(0SA)8，工作波長范圍為1200nm?2400nm，波長精度:±0.05nm，波長分辨率:0.05?2nm，最大輸入功率:+20dBm。
[0038]本發明工作過程及原理:栗浦源I發出980nm的栗浦光通過波分復用器(WDM)2的波分復用器輸入端②耦合進光路，在增益介質摻鉺光纖(EDF)3內獲得足夠的增益，在環形腔內形成激光振蕩，通過一個光纖隔離器(IS0)5后，進入傳感器6結構。光經過傳感器6結構時，由于加入無芯光纖11的緣故會發生多模干涉，SNS(單模-無芯-單模)結構的透射光譜中具有周期性的特征峰。在傳感系統中，SNS結構一方面作為濾波器，在激光器中起到選擇波長、抑制模式競爭的作用，另一方面作為傳感探頭，利用SNS結構的透射光譜對無芯光纖11外界環境折射率敏感實現傳感。且由于無芯光纖的溫度靈敏度遠小于折射率靈敏度，溫度交叉敏感小。經過傳感器6最后通過耦合器7輸出激光，并利用光譜分析儀(OSA)S測量其輸出波長。當無芯光纖外界潮濕環境的空氣鹽度發生變化時，無芯光纖外界環境折射率發生變化，SNS結構的透射光譜發生偏移，其濾波特性發生變化，從而系統輸出的激光波長發生偏移，通過測量輸出波長可以實現潮濕的海洋環境中空氣鹽度的測量。
[0039]實施例:
[0040](I)首先根據已知空氣鹽度，對傳感裝置進行標定。具體標定方法如下:空氣鹽度值主要取決于大氣水分中硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等鹽類的含量，一般沿海地區的空氣鹽度是0%。取所在地沿海地區空氣，并通過蒸發不同含鹽度的鹽水來制備多組相應含鹽度的空氣，定義所在地沿海地區的空氣鹽度值為0%。然后將傳感器6依次置于制備好的不同鹽度值的空氣中，通過光譜分析儀(OSA)S記錄不同鹽度值的空氣中，輸出激光的峰值波長。最后利用得到的多組空氣鹽度值與相應的峰值波長，擬合出峰值波長-空氣鹽度值曲線方程。由于這種標定方法屬于參考標定，基準完全取決于選取的沿海地區空氣鹽度，所以測量結果是以選取的沿海地區空氣鹽度為基準，在利用或分析測量結果時應結合選取的沿海地區空氣鹽度。
[0041](2)在測量位置發生長距離的變更時，或氣候、季節發生大差距的變化時，需要從新對本測量裝置進行標定，標定步驟如上。
[0042](3)進行測量時，將傳感器6放置在需要監測空氣鹽度的環境中，需要注意，在測量前要等待I?2min，以使待測環境空氣在傳感器周圍均勻分布。
[0043](4)打開電源，觀察光譜分析儀(OSA)S上環形腔激光器的輸出光譜，記錄輸出光譜的峰值波長。
[0044](5)將記錄的峰值波長帶入擬合好的峰值波長-空氣鹽度值曲線方程中，解得待測環境空氣鹽度值，并與選取的沿海地區空氣鹽度進行比較、分析，最后對待測環境空氣鹽度做出評價。這一步驟可通過軟件快速實現。
[0045](6)可將多個傳感器6均勻放置在待測環境中，通過多點對待測環境空氣鹽度進行整體監測。也可通過長時間觀測光譜分析儀(OSA)S上峰值波長的移動情況，分析待測區域空氣鹽度值的變化情況，實現實時監測。
[0046](7)實施例達到指標:濕度100%下含鹽量測量精度0.01M，測量誤差小于5%。
【主權項】
1.一種基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測裝置，其特征是，包括栗浦源，所述栗浦源通過波分復用器WDM其中一個輸入端耦合進光路，所述波分復用器WDM有兩路輸入和一路輸出，輸出端鏈接摻鉺光纖EDF，所述摻鉺光纖EDF輸出端連接光纖隔離器ISO輸入端，所述光纖隔離器ISO輸出端連接傳感器，所述傳感器為單模-無芯-單模光纖SNS的結構，所述傳感器輸出端接耦合器的輸入端，所述耦合器有一路輸入和兩路輸出，輸出端分別連接光譜分析儀OSA和波分復用器WDM另一個輸入端，形成環形腔。2.如權利要求1所述的基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測裝置，其特征是，所述栗浦源峰值工作波長范圍為970?985nm，輸出功率為90?650mW;所述波分復用器WDM工作波長1550/980nm。3.如權利要求1所述的基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測裝置，其特征是，所述摻鉺光纖EDF用作增益介質，所述光纖隔離器ISO工作波長為1550nm。4.如權利要求1所述的基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測裝置，其特征是，所述傳感器無芯光纖長度15cm，所述耦合器有一路輸入和兩路輸出，分光比為10:90。5.如權利要求1所述的基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測裝置，其特征是，所述光譜分析儀OSA工作波長范圍為1200nm?2400nm。6.一種基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測方法，其特征是，步驟如下，利用栗浦源發出栗浦光，栗浦光通過波分復用器WDM的波分復用器輸入端耦合進光路，在增益介質摻鉺光纖EDF內獲得足夠的增益，在環形腔內形成激光振蕩，通過一個光纖隔離器ISO后，進入單模-無芯-單模SNS結構的傳感器結構，光經過傳感器結構時，加入無芯光纖使發生多模干涉，單模-無芯-單模SNS結構的透射光譜中具有周期性的特征峰，在傳感系統中，SNS結構一方面作為濾波器，在激光器中起到選擇波長、抑制模式競爭的作用，另一方面作為傳感探頭，利用SNS結構的透射光譜對無芯光纖外界環境折射率敏感實現傳感;且由于無芯光纖的溫度靈敏度遠小于折射率靈敏度，溫度交叉敏感小，經過傳感器最后通過耦合器輸出激光，并利用光譜分析儀OSA測量其輸出波長。
【專利摘要】本發明屬于大氣環境監測領域中海洋環境空氣鹽度的監測和評估，為提供一種基于無芯光纖的內腔傳感器裝置及方法，實現對海洋環境空氣鹽度高精度全天候的監測。本發明采用的技術方案是，基于無芯光纖內腔傳感的空氣鹽度監測方法及裝置，包括泵浦源，所述泵浦源通過波分復用器WDM其中一個輸入端耦合進光路，所述波分復用器WDM有兩路輸入和一路輸出，輸出端鏈接摻鉺光纖EDF，所述摻鉺光纖EDF輸出端連接光纖隔離器ISO輸入端，所述光纖隔離器ISO輸出端連接傳感器，所述耦合器有一路輸入和兩路輸出，輸出端分別連接光譜分析儀OSA和波分復用器WDM另一個輸入端，形成環形腔。本發明主要應用于海洋環境空氣鹽度的監測和評估。
【IPC分類】G01N21/41
【公開號】CN105675543
【申請號】CN201610153590
【發明人】徐德剛, 馮佳琛, 石嘉, 王與燁, 蘇耿華, 閆超, 嚴德賢, 姚建銓
【申請人】天津大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月17日