基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器，包括扭转微纳光纤和涂覆在扭转微纳光纤表面的氮化硼纳米薄膜，所述扭转微纳光纤由3‑4cm的光敏光纤拉锥后并将腰椎区域旋转720°制得，所述氮化硼纳米薄膜涂覆在扭转微纳光纤过渡区和腰椎区的表面；本实用新型专利技术将光敏光纤和氮化硼纳米薄膜的优势结合，形成新颖的包层模式激发结构；并且通过扭转光敏光纤提升折射率，传感灵敏度；具有制作方法简单、结构体积小、传感稳定性良好的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器
本技术属于传感器
，具体涉及一种基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器。
技术介绍
温度和湿度的测量在制药、半导体工艺、食品贮存、气象等领域具有重要的应用价值。目前检测湿度值是电学传感器，其具有响应快优势但是长期稳定性差，并不适用于强电磁场的环境。光纤湿度传感器避免上述缺点，具有体积小、重量轻、长距离快响应的优势能够满足基本实际应用。但环境中温度是传感器使用过程中重要参数。温度和湿度能够同时测量并消除温度影响是亟需研究的。
技术实现思路
本技术针对上述问题提供了一种基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器。为达到上述目的本技术采用了以下技术方案：基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器，包括扭转微纳光纤和涂覆在扭转微纳光纤表面的氮化硼纳米薄膜，所述扭转微纳光纤由3-4cm的光敏光纤拉锥后并将腰椎区域旋转720°制得，所述氮化硼纳米薄膜涂覆在扭转微纳光纤过渡区和腰椎区的表面。进一步，所述光敏光纤的模场直径为9μm，包层直径为125μm。再进一步，所述扭转微纳光纤腰椎区的直径为10-15μm，长度为1-1.5cm。与现有技术相比本技术具有以下优点：1、本技术将光敏光纤和氮化硼纳米薄膜的优势结合，形成新颖的包层模式激发结构；并且通过扭转光敏光纤提升折射率，传感灵敏度；具有制作方法简单、结构体积小、传感稳定性良好的特点；2、本技术采用的光敏光纤具有高掺杂离子能够激发高阶模式，能够简单便捷地制作高灵敏的微纳光纤传感器；采用的氮化硼纳米薄膜导率高、热稳定好、易于合成、成本低廉，涂覆在光敏微纳光纤上，可以提升传感器的温敏和湿敏特性，通过氮化硼纳米薄膜吸湿膨胀改变光纤传感器表面折射率从而监测传感器的干涉波长来反推环境湿度参数，并实现温度湿度双参量传感，克服了一些纳米材料在大部分溶剂中存在易团聚、溶解性较差的问题；3、本技术可以实现对温度和湿度的双参量测量，在光纤参数传感的过程中可控制温度的干扰；4、本技术与传统的电化学传感器相比，抗电磁干扰能力强，检测精度高。附图说明图1为本技术的使用状态图；图2为本技术扭转微纳光纤的结构示意图；图3为实施例中温度变化光谱图；图4为实施例中湿度变化光谱图；图中，扭转微纳光纤—1、氮化硼纳米薄膜—2、光源—3、光谱仪—4、腰椎区—101、过渡区—102。具体实施方式为了进一步阐述本技术的技术方案，下面通过实施例对本技术进行进一步说明。如图1至图2所示，基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器，包括扭转微纳光纤1和涂覆在扭转微纳光纤1表面的氮化硼纳米薄膜2；所述扭转微纳光纤1由3-4cm的光敏光纤拉锥后并将腰椎区域旋转720°制得，所述光敏光纤的模场直径为9μm，包层直径为125μm，所述扭转微纳光纤1腰椎区的直径为10-15μm，长度为1-1.5cm；所述氮化硼纳米薄膜2涂覆在扭转微纳光纤1过渡区和腰椎区的表面。扭转微纳光纤1是将一段长度约为3-4cm的光敏光纤去除涂覆层，将其固定在拉锥平台上，第一步用火焰对光敏光纤中间位置进行加热，同时调节移动平台进行拉锥，第二步使用光纤旋转器将锥化的光敏光纤中部的腰椎区扭转2圈制得扭转微纳光纤1。拉锥过程改变光纤的几何构型和折射率，形成非绝热锥度从而激发了高阶模式，并在输出端与基模耦合出现干涉条纹；扭转会进一步破坏光纤的圆柱对称性，使得干涉效果更加明显。本专利采用滴涂方法制得氮化硼纳米薄膜2并修饰到扭转微纳光纤1表面；所述的温度和湿度测量是将传感器放置到恒温箱和湿度控制箱中，并将光源打开使得光信号输入到传感器，利用扭转微纳光纤1表面倏逝波以及扭转产生的模式干涉对周围环境变化的快速响应，通过光谱分析仪观测传感器的光谱特性，观测温度和湿度变化的规律。图3为输出温度变化的光谱图，可以看出随着温度的增加干涉峰向长波移动，两个干涉峰301、302的灵敏度斜率分别为13.93和21.96pm/℃。湿度的测量结果在图4中显示，可以看出随着湿度的增加干涉峰向短波移动，两个干涉峰401、402灵敏度斜率为169.27和173.68pm/％RH。构建一个湿度和温度的双参量测量传感器矩阵，其对RH和T变化的波长位移可表示为以上显示和描述了本技术的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器，其特征在于：包括扭转微纳光纤(1)和涂覆在扭转微纳光纤(1)表面的氮化硼纳米薄膜(2)，所述扭转微纳光纤(1)由3-4cm的光敏光纤拉锥后并将腰椎区域旋转720°制得，所述氮化硼纳米薄膜(2)涂覆在扭转微纳光纤(1)过渡区和腰椎区的表面。/n

【技术特征摘要】
1.基于氮化硼纳米薄膜和扭转微纳光纤的温湿度传感器，其特征在于：包括扭转微纳光纤(1)和涂覆在扭转微纳光纤(1)表面的氮化硼纳米薄膜(2)，所述扭转微纳光纤(1)由3-4cm的光敏光纤拉锥后并将腰椎区域旋转720°制得，所述氮化硼纳米薄膜(2)涂覆在扭转微纳光纤(1)过渡区和腰椎区的表面。


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【专利技术属性】
技术研发人员：徐少敏，孙丹丹，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：新型
国别省市：山西;14