一种强度调制型四锥光纤湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，包括光源、四锥光纤以及用于检测光的强度变化的检测仪，所述四锥光纤两端分别与所述光源和检测仪连接，所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。本实用新型专利技术检测湿度时，当不同湿度的空气与琼脂糖凝胶接薄膜触后，琼脂糖凝胶薄膜的折射率会发生改变，从而影响光纤中光的传输特性，通过测量特定位置波长的光强度，即可获得周围环境相应的湿度，并且，光纤采用四锥结构积累相位差，增强光耦合时干涉的变化量，在保证测量的灵敏度时，无需大幅度拉长四锥光纤锥腰部分的长度，其结构原理简单可靠，工艺步骤简便，操作制备容易，产品稳定性好，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种强度调制型四锥光纤湿度传感器
本技术涉及光纤湿度传感器制作
，更具体地说是指一种强度调制型四锥光纤湿度传感器。
技术介绍
空气湿度是用来表征大气干燥程度的物理量，一般用相对湿度来表示。相对湿度用RH表示，指的是单位体积的空气中实际所含的水气密度与相同温度下饱和水气密度的百分比。对环境湿度的测量在许多领域都具有重要的意义。测量空气湿度可以作为报警用，从而采取措施有效保障电力的正常传输；此外在气象及医学、军事、航空航天、土木工程等领域对于环境湿度的监测也极为重要，因此如何提升环境相对湿度监测仪器的性能，用来满足不同检测环境需求具有重要的研究意义和应用价值。现有的测量空气中相对湿度的方法有很多，如：电阻式湿度传感、电容式湿度传感、声学式等方法。传统的电子式的湿度传感器存在一些缺点，如专利CN03218839.0比较容易受电磁干扰，不能在恶劣环境下使用及其在狭窄空间下使用。光学湿度传感器具有体积小、响应快、抗电磁干扰等优点。这些优点使光学湿度传感器可以应用在电学湿度传感器和声学湿度传感器不能应用或不适合应用的场合，如光纤湿度传感器可以应用在高温的锅炉内部，从而得以检测锅炉内部的温度湿度等参数。特别是光纤湿度传感器可用来检测易燃的液体和气体，并且可在恶劣的环境中(如腐蚀性物质中)使用。光纤湿度传感器主要有以下几种实现方式：光谱法、改变表面反射率、Bragg和长周期光栅、干涉仪等，特别是近年来又出现了光子晶体制备的光学湿度传感器。大多数光纤湿度传感器要求光纤含吸湿材料。这种材料通常沉积在光纤的某个区域或光纤的尖端处涂敷湿度敏感材料。然而，许多光纤湿度传感器使用特殊材料，成本较高，比如文献：“RelativehumiditysensorwithopticalfiberBragggratings”（KronenbergP,RastogiPK,GiaccariP,etal.RelativehumiditysensorwithopticalfiberBragggratings[J].Opticsletters,2002,27(16):1385-1387.）和论文：“Humiditysensorbasedonphotoniccrystalfibreinterferometer”（MathewJ,SemenovaY,RajanG,etal.Humiditysensorbasedonphotoniccrystalfibreinterferometer[J].Electronicsletters,2010,46(19):1341-1343）所做的Bragg光纤湿度传感器的结构分别是由光栅和光子晶体光纤构成，其成本较高。为解决上述问题，授权公告号为CN203287311U的中国技术专利公开了一种基于双锥型细芯单模光纤的透射式光纤湿度传感器，包括第一单模光纤、双锥型细芯单模光纤、第二单模光纤和湿度敏感膜四部分。双锥型细芯单模光纤的锥腰表面涂有湿度敏感膜；第一单模光纤，第二单模光纤分别与宽带光源和光纤光谱仪相连。该传感器器虽然能够根据环境湿度的改变引起湿度敏感膜折射率的改变，进而引起传感器的透射光谱特性发生变化。根据透射光谱中特征峰的波长变化量即可获得环境的湿度值。但是，该传感器基于双锥细芯的结构，其细芯单模必须拉得足够长，即细芯非常细，如10微米以下，否则难以通过光纤光谱仪测量传感器透光谱中的特征峰波长的改变量。另外，现有的光纤湿度传感器通常工作在1.3微米或者1.5微米的波段上，但是该波段没有很强的水分子吸收，灵敏度不高。
技术实现思路
本技术提供一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉、灵敏度高的光纤湿度传感器。本技术采用如下技术方案：一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，包括光源、四锥光纤和检测仪组成，所述四锥光纤两端分别与光源和检测仪连接，四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。进一步地，所述光源为宽度光源或者可调谐光源，光源的波长范围是1900nm～2400nm，优选为2000nm，即两微米的光源。进一步地，所述四锥光纤采用单模光纤研制，包括纤芯和包层，所述单模光纤上拉锥形成一段四锥结构，该段四锥结构纤芯涂覆所述光学凝胶层。进一步地，所述光学凝胶层为琼脂糖凝胶薄膜。进一步地，所述光学凝胶层的层数为多层。进一步地，所述检测仪为光功率计。由上述对本技术结构的描述可知，和现有技术相比，本技术具有如下优点：1、本技术检测湿度时，当不同湿度的空气与琼脂糖凝胶接薄膜触后，琼脂糖凝胶薄膜的折射率会发生改变，从而影响光纤中光的传输特性，通过测量特定位置波长的光强度，即可获得周围环境相应的湿度，并且，光纤采用四锥结构积累相位差，增强光耦合时干涉的变化量，在保证测量的灵敏度时，无需大幅度拉长光纤锥腰部分的长度，其结构原理简单可靠，工艺步骤简便，操作制备容易，产品稳定性好，使用寿命长。2、本技术采用两微米的光源，两微米的光有很强的水分子吸收能力，并且涂覆有琼脂糖凝胶薄膜的四锥光纤，其相位差对湿度非常敏感，小的湿度变化，即可产生较大的相位差变化，利用该特性，可以极大限度的提高湿度传感器的灵敏度。附图说明图1为本技术结构框图；图2为四锥光纤结构示意图；图3为2微米特定波长处光损耗与湿度近似线性关系图。具体实施方式下面参照附图说明本技术实施例的具体实施方式。参照图1和图2，一种强度调制型四锥光纤2湿度传感器，包括光源1、四锥光纤2和检测仪3组成，所述四锥光纤2两端分别与光源1和检测仪3连接，四锥光纤2的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层4。参照图1和图2，光源1采用宽度光源1或者可调谐光源1。光源1的波长范围为1900nm～2400nm，本实施例中优选为2000nm，即两微米的光源1，两微米的光有很强的水分子吸收能力，利用该特性，可以极大限度的提高湿度传感器的灵敏度。参照图1和图2，四锥光纤2采用普通的单模光纤拉锥制成，其制作步骤如下：1、取市面销售的单模光纤50cm，内外芯经为9/125um，其结构由纤芯和包层组成。2、用光纤剥除器剥除长度为2～8cm的包层。3、采用拉锥的方法，如用二氧化碳激光器熔融拉制形成四锥结构的四锥光纤2。4、在裸露四锥结构的纤芯上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层4。参照图1和图2，光学凝胶层4采用湿敏材质制成，可以为琼脂糖凝胶薄膜、PVA薄膜、氧化石墨烯薄膜等湿敏材质薄膜。本实施例中优选为琼脂糖凝胶薄膜，光学凝胶层4的层数为多层。琼脂糖凝胶薄膜含有多个羟基，可吸收水分，将琼脂糖凝胶与光纤相结合，琼脂糖凝胶会影响光纤的有效折射率，进而影响到光纤中的传输特性。由于简单及低廉的制作方法，与光纤系统的高度兼容性，使得琼脂糖凝胶成为四锥光纤2传感的理想材料。参照图1，检测仪3为能够测量光纤光强度的装置，如光功率计。参照图1至图3，本技术的基本工作原理如下：采用2微米的光源1发出的光在四锥光纤2中传播，当光从单模光纤的纤芯中传输到四锥结构的第一个双锥区域时，入射光等效地变成二束光，即分成纤芯中的光和包层及光学凝胶层4的光。这二束光经过第二个双锥区域时，积累了相位差，当它们耦合回单模光纤纤芯后会发生干涉，干涉输出强度与位差有关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，其特征在于：包括光源、四锥光纤以及用于检测光的强度变化的检测仪，所述四锥光纤两端分别与所述光源和检测仪连接，所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。

【技术特征摘要】
1.一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，其特征在于：包括光源、四锥光纤以及用于检测光的强度变化的检测仪，所述四锥光纤两端分别与所述光源和检测仪连接，所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。2.根据权利要求1所述的一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，其特征在于：所述光源的波长范围是1900nm～2400nm。3.根据权利要求1所述的一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：连延辉，连延钹，
申请(专利权)人：福建硅光通讯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35