基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统，主要涉及湿度测量领域。本申请提供的湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，当光通过光纤入射到该金属微纳结构层上，当该氧化石墨烯层附近的环境湿度发生改变时，该氧化石墨烯层的折射率也发生改变，影响该光纤内部光线的传播，进而使得光穿过该金属微纳结构层产生的透射光谱也发生改变，通过对该光纤的出射光的光谱进行检测，并根据光谱的变化与氧化石墨烯层折射率的对应关系得到该氧化石墨烯层的折射率变化情况，并通过氧化石墨烯层的折射率与环境湿度的变化关系，得到该氧化石墨烯层周围环境湿度。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统
本专利技术涉及湿度测量领域，主要涉及一种基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统。
技术介绍
湿度表示物体的干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示；若表示在湿蒸汽中水蒸气的重量占蒸汽总重量(体积)的百分比，则称之为蒸汽的湿度。现有技术中，检测湿度的装置一般是采用湿度测量装置进行测量，一般的湿度测量装置包括电阻式和电容式两大类，湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当物体中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。但是，上述测量湿度均采用的电子元件，电子元件在测量湿度一段时间之后，由于水分的影响，电子元件会产生锈蚀，使得电子元件测量湿度的寿命较短，并且电子元件被锈蚀之后测量精度下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统，以解决现有技术中测量湿度均采用的电子元件，电子元件在测量湿度一段时间之后，由于水分的影响，电子元件会产生锈蚀，使得电子元件测量湿度的寿命较短，并且电子元件被锈蚀之后测量精度下降的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：第一方面，本申请提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感器，湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，光纤中的一段去除表面覆盖层，金属微纳结构层为金属微纳单元周期性排列的阵列，且金属微纳结构层倾斜设置在光纤纤芯内部，氧化石墨烯层涂覆在所述光纤去除包层的一段纤芯表面。可选地，该金属微纳单元为“L”形金属微纳单元或者“h”形金属微纳单元。可选地，该金属微纳结构层的数量为多层。可选地，该湿度传感器还包括手性分子层，手性分子层设置在多层金属微纳结构层之间。可选地，该氧化石墨烯层的表面设置多个凸起结构。可选地，该光纤为单模光纤或者多模光纤。第二方面，本申请提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感系统，湿度传感系统包括：光源、探测器和第一方面任意一项的湿度传感器，光源和探测器分别设置在湿度传感器的光纤的两端，光源用于产生并发送光线，探测器用于探测光纤出射光的透射光谱。可选地，该光源为激光器光源。可选地，该探测器为光谱仪。本专利技术的有益效果是：本申请提供的湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，光纤中的一段去除表面覆盖层，金属微纳结构层为金属微纳单元周期性排列的阵列，且金属微纳结构层倾斜设置在光纤纤芯内部，氧化石墨烯层涂覆在光纤去除表面覆盖层的一段表面，由于氧化石墨烯层是一种二维材料，表面积较大，亲水性较为突出，进而该氧化石墨烯层的折射率随湿度的改变变化显著，当光通过光纤入射到该金属微纳结构层上，当该氧化石墨烯层附近的环境湿度发生改变时，该氧化石墨烯层的折射率也发生改变，影响该光纤内部光线的传播，进而使得光穿过该金属微纳结构层产生的透射光谱也发生改变，通过对该光纤的出射光的光谱进行检测，并根据光谱的变化与氧化石墨烯层折射率的对应关系得到该氧化石墨烯层的折射率变化情况，并通过氧化石墨烯层的折射率与环境湿度的变化关系，得到该氧化石墨烯层周围环境湿度，本申请采用光纤传感器对湿度进行测量，避免电子元件接触水分，减少电子元件产生锈蚀的机会，延长该湿度传感器的使用寿命，并且由于本申请为将湿度的变化转化为透射光谱变化，使得对湿度的测量精度更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为专利技术实施例提供的一种湿度传感器的结构示意图；图2为专利技术实施例提供的另一种湿度传感器的结构示意图；图3为专利技术实施例提供的另一种湿度传感器的结构示意图。图标：10光纤；20-氧化石墨烯层；30-金属微纳结构层；40-手性分子层；50-凸起结构。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。为了使本专利技术的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。图1为专利技术实施例提供的一种湿度传感器的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感器，湿度传感器包括：光纤10、金属微纳结构层30和氧化石墨烯层20，光纤10中的一段去除表面覆盖层，金属微纳结构层30为金属微纳单元周期性排列的阵列，且金属微纳结构层30倾斜设置在光纤10纤芯内部，氧化石墨烯层20涂覆在光纤10去除包层的一段纤芯表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤微纳结构的湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，所述光纤中的一段去除表面覆盖层，所述金属微纳结构层为金属微纳单元周期性排列的阵列，且所述金属微纳结构层倾斜设置在所述光纤纤芯内部，所述氧化石墨烯层涂覆在所述光纤去除表面覆盖层的一段表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤微纳结构的湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，所述光纤中的一段去除表面覆盖层，所述金属微纳结构层为金属微纳单元周期性排列的阵列，且所述金属微纳结构层倾斜设置在所述光纤纤芯内部，所述氧化石墨烯层涂覆在所述光纤去除表面覆盖层的一段表面。


2.根据权利要求1所述的基于光纤微纳结构的湿度传感器，其特征在于，所述金属微纳单元为“L”形金属微纳单元或者“h”形金属微纳单元。


3.根据权利要求1所述的基于光纤微纳结构的湿度传感器，其特征在于，所述金属微纳结构层的数量为多层。


4.根据权利要求3所述的基于光纤微纳结构的湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器还包括手性分子层，所述手性分子层设置在多层金属微纳结构层之间。

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：西安柯莱特信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61