一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，由宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪、单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶环状薄膜组成。空心光纤与单模光纤熔接形成法布里‑珀罗干涉仪，空心光纤端面涂覆的琼脂糖凝胶环状薄膜吸附或释放水分子，薄膜的折射率和体积同时发生变化，导致传感器反射光谱发生漂移。应用时，将传感器置于恒温湿度箱中，通过光纤光谱仪记录传感器的反射光谱漂移即可解调出环境相对湿度的变化。本发明专利技术具有灵敏度高、测量准确、制备简单和结构坚固等优点，可应用于湿度的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器
本技术属于光纤传感
,具体涉及一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器。
技术介绍
湿度的精确测量和控制在农业发展、工业制造、气象预测和文物保存等方面发挥着重要的作用。由于多方面的需求，使得湿度的监测具有很高的经济价值和社会价值。电学湿度传感器在恶劣的环境下长期使用容易腐蚀，且无法抗电磁干扰等诸多不便。由于光纤具有耐腐蚀、抗电磁干扰的特性，所以光纤与湿敏薄膜结合制成的光纤湿度传感器可以满足在一些极端的环境下的测量需求。目前已经提出了各种结构的光纤湿度传感器。例如，基于光纤光栅湿度传感器，具有结构简单、易制备的特点，但是在实际的监测中灵敏度低，而且对温度也比较敏感。基于消逝波光纤湿度传感器，都需要对光纤进行微加工，使其变得更加脆弱，导致其稳定性降低。基于干涉型光纤湿度传感器，它的传感机理简单，制备简单和成本低的特点，但是有些干涉型的湿度传感器湿敏薄膜处于悬浮的状态，易受到震动的干扰。所以，现在光纤湿度传感器的发展仍有许多问题亟待解决。
技术实现思路
为解决上述现有技术上的不足，本技术提供一种基于空心光纤干涉式探针型光纤湿度传感器，具有灵敏度高、制作简单且结构坚固等优点。本技术采用的技术方案：一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，包括宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪和传感头，其特征在于：所述传感头有单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶薄膜组成，其中空心光纤的长度为20～25μm，内径为4μm。并在空心光纤的端面涂覆一层琼脂糖凝胶薄膜，使用飞秒激光将空心光纤内径4μm处的薄膜击穿，在空心光纤端面形成一层稳固的琼脂糖凝胶环状薄膜，其薄膜内环直径为4μm，厚度为3～5μm。其中所述单模光纤为G652D型。本技术与现有技术相比的有益效果是：1、本传感器的制备只涉及到单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶薄膜，其制作成本低廉、工艺简单、且传感器结构紧凑坚固。2、本传感器的传感头端面涂覆的琼脂糖凝胶薄膜为环状结构，其稳定性和灵敏度远高于悬浮式薄膜的湿度传感器。3、传感器结构紧凑、尺寸小，且结构稳定坚固。附图说明下面结合附图及具体方式对本技术作进一步说明。图1是单模-空心光纤-琼脂糖凝胶薄膜传感头的结构示意图；图2是本技术的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器特征装置示意图；图3是本技术的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器处于不同湿度下的干涉波谷漂移变化图；图4是本技术的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器干涉波谷漂移变化拟合曲线图。图中：1、G652D型单模光纤，2、空心光纤，3、琼脂糖凝胶环状薄膜，4、宽带光源，5、环形器，6、恒温湿度箱，7、传感头，8、光纤光谱仪具体实施方式图1为该技术湿度传感头的结构示意图；该方法包括如下具体步骤：第一步，取一段内径为4μm的空心光纤2，剥除涂覆层，使用光纤熔接机并选择合适的放电量熔接该空心光纤2和G652D型单模光纤1；第二步，将空心光纤2的大部分剪掉，使得空心光纤2的长度保持在15～20μm；第三步，取琼脂糖粉末溶解在沸水中，并用磁力搅拌器搅拌至完全溶解形成2％wt的琼脂糖溶液；第四步，采用垂直点涂法将第一步的空心光纤2在2％的琼脂糖溶液中进行涂覆约5s，在空心光纤2的端面形成一层琼脂糖凝胶薄膜；第五步，将第四步完成的空心光纤2作为湿度传感头放在恒温实验箱温度25℃保持1小时使空心光纤端面的水分蒸发。第六步，使用飞秒激光将空心光纤2内径4μm处的琼脂糖凝胶薄膜击穿，使空心光纤2端面形成一层稳定的内环直径为4μm的环状琼脂糖凝胶薄膜3。应用时，将该传感头7置于恒温湿度箱6中，宽带光源4发出的光经环形器5进入端面镀有传感头7，由于空心光纤2端面的环状琼脂糖凝胶薄膜3具有吸湿性，可以吸水膨胀和失水消肿，使得环状琼脂糖凝胶薄膜3的折射率和体积同时发生变化，进而修改了干涉光的光程差，导致该器件的干涉光谱的谐振波长发生漂移；传感头7反射回来的光经环形器5后被光纤光谱仪8接收，应用光纤光谱仪8测量其输出光谱的变化即可解调出待测湿度的变化；图3是室温条件下25％～90％的湿度变化范围内，干涉波谷的漂移变化图；随着实验湿度的逐渐增大，干涉波谷向长波长方向移动；图4是本技术的干涉波谷漂移随湿度变化的拟合曲线图，在相对湿度为25％-90％的情况下拟合度可以达到0.987，该传感器的灵敏度可达到762pm/％RH。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，包括宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪和传感头，其特征在于：所述的传感头由单模光纤、空心光纤和湿敏薄膜组成；单模光纤与空心光纤相连，湿敏薄膜涂覆在空心光纤的端面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，包括宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪和传感头，其特征在于：所述的传感头由单模光纤、空心光纤和湿敏薄膜组成；单模光纤与空心光纤相连，湿敏薄膜涂覆在空心光纤的端面。


2.根据权利要求1所述的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，其特征在于：单模光纤采用的是G652D型，空心光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭允，陈敏，徐贲，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33