一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光纤传感技术领域，公开了一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。本发明专利技术通过二硒化钼与光纤的结合制成的湿度传感器，不仅制备简单、成本低廉，而且与传统湿度传感器相比，具有兼容性高、响应灵敏、线性好、重复性高、测湿范围大的优点。

Optical fiber humidity sensor based on two molybdenum selenide and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of optical fiber sensor, discloses a fiber optic humidity sensor based on two molybdenum selenide, including side polished fiber, two molybdenum selenide film, wherein the side polished fiber including core and cladding, the cladding part polished into a polished surface. The two molybdenum selenide film deposited on the side polished fiber polishing surface. The humidity sensor of the invention is made by combining two molybdenum selenide and fiber, not only has the advantages of simple preparation, low cost, and compared with the traditional humidity sensor has high compatibility, sensitive response, good linearity, repeatability, high measuring range the advantages of wet.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法。
技术介绍
湿度是一个重要的物理量，航空航天、发电变电、纺织、食品、医药、仓储、农业等行业对湿度的要求都非常严格，对湿度参量进行有效实时监测和控制，是正常生产的前提。理想的湿度传感器可在较宽的温度和湿度范围内使用：测量精度高、寿命长、稳定性好、响应速度快、湿滞回差小、灵敏度高、线性好、温度系数小、制造工艺简单、体积小等。现在湿度传感器大部分是利用湿度对电阻或电容的影响制作而成，因此其对抗电磁干扰、抗腐蚀、距离传感方面存在不足。虽然现有市面上存在光纤湿度传感器能有效地应对上述问题，但是目前的基于石墨烯的光纤湿度传感器对湿度的响应却是非线性的，如申请号为201510694866.1的中国专利《基于氧化石墨烯和聚乙烯醇复合膜的光纤湿度传感器》公开了基于氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的光纤湿度传感器，由宽带光源、第一光纤腰锥放大、氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜、第二光纤腰锥放大和光谱分析仪组成；氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜经过干燥处理，均匀镀在第一光纤腰锥放大和第二光纤腰锥放大中间光纤区域的侧表面上，形成氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜；氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的厚度为200～500nm；第一光纤腰锥放大左端与宽带光源连接，第一光纤腰锥放大右端与第二光纤腰锥放大左端连接，第二光纤腰锥放大右端与光谱分析仪连接。虽然该专利具有较高灵敏度和分辨率，但其不仅结构复杂、制备不易，且对湿度的响应为非线性，精准度不足。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中至少一个技术缺陷，提供一种结构简单、成本低廉、响应具线性的基于二硒化钼的光纤湿度传感器及其制备方法。本专利技术的上述目的通过如下技术方案予以实现：一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。二硒化钼（MoSe2）具有类似于三明治的片层状结构，可吸收光线。将二硒化钼与光波导相结合，二硒化钼的光频电导率会影响光波导的有效折射率，进而影响到光波导中的传输光场。利用湿度对光频电导率的影响，即可制成基于二硒化钼的光纤湿度传感器。基于此，把二硒化钼膜层沉积到侧边抛磨光纤（SPF）的抛磨面上，涂覆在侧边抛磨光纤抛磨面上的材料与消逝场产生相互作用，并耦合到在纤芯传播的模场中，利用这种特性制作出传感器。本专利技术的基本工作原理基于以上，当不同湿度的空气与二硒化钼膜层接触后，二硒化钼膜层的光频电导率等光学参数会发生改变，通过测量二硒化钼膜层光学参数的变化即可获得相应的湿度。由于简单及低廉的制作方法，与光纤系统的高度兼容性，使得二硒化钼可以作为结合侧边抛磨光纤进行传感的理想选择。进一步地，所述二硒化钼膜层的层数为多层。进一步地，所述二硒化钼膜层的厚度为50nm～500nm。经实验，二硒化钼作为湿度传感的最佳厚度应为50nm～500nm。进一步地，所述侧边抛磨光纤可为单模光纤或多模光纤，所述抛磨面长度为5mm～30mm。一般普通的单模光纤的直径为125μm，其纤芯直径约为8μm，若侧边抛磨光纤为单模光纤，则经抛磨处理后的抛磨面厚度应为61μm～70μm，计算得到抛磨深度范围为55μm～64μm；若侧边抛磨光纤为多模光纤，则所述抛磨面与所述纤芯间距离为1.5μm～5μm，或将所述纤芯抛磨掉一部分。本专利技术的另一目的为解决现有技术的缺陷，提供一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：S1.制备侧边抛磨光纤：通过抛磨，把光纤的一部分包层或连同一部分纤芯抛磨掉，在光纤表面形成一定长度的平坦区域即抛磨面，得到侧边抛磨光纤；S2.采用二硒化钼分散液在所述侧边抛磨光纤的抛磨面沉积二硒化钼膜层。进一步地，所述步骤S2具体为：使用UV胶把所述侧边抛磨光纤部分固定在玻片上，抛磨面朝上，然后使用UV胶做一个围绕抛磨面的槽，把二硒化钼分散液滴到槽中，放置于室温中，等到所述二硒化钼分散液中的水和酒精自然蒸发，即在所述抛磨面上形成二硒化钼膜层。进一步地，所述二硒化钼分散液由片状大小为10nm～100nm的二硒化钼纳米片均匀分散于溶剂中制成，所述溶剂为水和酒精。进一步地，所述二硒化钼分散液浓度为0.5～10mg/ml。本专利技术使用水和酒精为溶剂制成适当浓度的二硒化钼分散液，通过自然蒸发的方法，把二硒化钼膜层沉积到所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。水蒸汽作为新型的MoSe2-coatedSPF的检测目标气体有两个原因：（1）二硒化钼巨大的表面积可以有效的吸附水分子；（2）水蒸气（湿度）可以在一个大的范围调节。MoSe2SPF的输出光功率与湿度呈现线性，并且测量的灵敏度高、响应速度快、重复性好。进一步地，所述围绕抛磨面的槽大小为2×0.5×0.1cm3～4.5×2×0.5cm3。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：通过结合二硒化钼和侧边抛磨光纤，制备一个新型的基于二硒化钼的湿度传感器，此传感器在湿度范围30%到80%内，输出光功率与相对湿度具有良好的线性相关特性、重复性和可逆性。经测试，在湿度30%到80%整段范围内，线性相关性达到97.26%，灵敏度为0.3457dB/%RH，分辨率为0.145%，响应速度快于0.13%RH/s。本专利技术不仅能克服电子湿度传感器的缺点，抗电磁干扰，可以实现远距离传感；而且结构简单、制作成本低，呈分布式传感，线性相关性高，具有较好的敏感度和精确度。附图说明图1为本专利技术的示意图。图2为对本专利技术进行响应性、相关线性和重复性实验的示意图。图3a为实验得出的实际相对湿度示意图。图3b为没有抛磨的单模光纤的相对输出功率随时间变化示意图。图3c为侧边抛磨光纤的相对输出功率随时间变化示意图。图3d为本专利技术的相对输出功率随时间变化示意图。图4为本专利技术的相对湿度和相对输出功率随时间变化的对比图。图5为本专利技术的相对湿度与相对输出功率的相关线性图。图6为本专利技术的相对湿度和相对输出功率的变化示意图。图7为本专利技术的制备方法示意图。图中：100侧边抛磨光纤、200二硒化钼膜层、300抛磨面、400玻片、500槽、110包层、120纤芯。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制。一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，包括侧边抛磨光纤100、二硒化钼膜层200，所述侧边抛磨光纤包括包层110和纤芯120，所述包层110经部分抛磨处理成一抛磨面300，所述抛磨面300长度为16mm。所述二硒化钼膜层200沉积在所述侧边抛磨光纤100的抛磨面300上，所述二硒化钼膜层200为多层，厚度为289nm。从图1可清楚看见，本实施例的侧边抛磨光纤100为单模光纤，直径为125μm，其纤芯直径约为8μm，经抛磨处理后的抛磨面300厚度为67μm，计算得到抛磨深度范围为58μm。此外，所述侧边抛磨光纤100也可为多模光纤，作为另一实施例（未附图示出），此时所述抛磨面300与所述纤芯间距离为1.5μm～5μm，或将所述纤芯抛磨掉一部分。空气的湿度会对二硒化钼（MoSe2）的光频电导率产生影响，当所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。

【技术特征摘要】
1.一种基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，包括侧边抛磨光纤、二硒化钼膜层，所述侧边抛磨光纤包括包层和纤芯，所述包层经部分抛磨处理成一抛磨面，所述二硒化钼膜层沉积在所述侧边抛磨光纤的抛磨面上。2.根据权利要求1所述基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，所述二硒化钼膜层的层数为多层。3.根据权利要求1所述基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，所述二硒化钼膜层的厚度为50nm～500nm。4.根据权利要求1所述基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，所述侧边抛磨光纤为单模光纤，所述抛磨面厚度为61μm～70μm，抛磨面长度为5mm～30mm。5.根据权利要求1所述基于二硒化钼的光纤湿度传感器，其特征在于，所述侧边抛磨光纤为多模光纤，所述抛磨面与所述纤芯间距离为1.5μm～5μm，或将所述纤芯抛磨掉一部分。6.一种权利要求1至5任一项所述基于二硒化钼的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备侧边抛磨光纤：通过抛磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：关贺元，余健辉，卢惠辉，欧阳腾辉，林丽敏，夏凯，李东泉，陈光磊，唐洁媛，张军，陈哲，罗云瀚，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44