一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統(tǒng)，光纖溫濕度傳感器主要由單模光纖、四葉草微結(jié)構(gòu)光纖、紫外固化膠層三部分組成；四葉草微結(jié)構(gòu)光纖一端與單模光纖熔接，熔接處形成第一反射面；四葉草微結(jié)構(gòu)光纖另一端通過(guò)點(diǎn)膠并固化的方式制備紫外固化膠層，四葉草微結(jié)構(gòu)光纖與紫外固化膠層之間形成第二反射面，紫外固化膠層與外界空氣之間形成第三反射面，由三個(gè)反射面形成三個(gè)F?P腔結(jié)構(gòu)；本實(shí)用新型具備集成度高，測(cè)量準(zhǔn)確，靈敏度，響應(yīng)速度快，抗電磁干擾等特點(diǎn)，不僅適于單點(diǎn)溫濕度測(cè)量，也可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)準(zhǔn)分布式溫濕度監(jiān)控。
【專利說(shuō)明】
一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種基于微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器以及基于該光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，與傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器相比，光纖傳感器的靈敏度、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、響應(yīng)時(shí)間等傳感參數(shù)都有很大的提升，且本身體積小重量輕，抗電磁干擾，易實(shí)現(xiàn)低成本遠(yuǎn)距離準(zhǔn)分布式傳感，因而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)械制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、航空航天和國(guó)防科技等領(lǐng)域。其中環(huán)境濕度，作為生產(chǎn)生活中最基本且重要的傳感參量，對(duì)其進(jìn)行精確解調(diào)已成為光纖傳感研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
[0003]基于不同的結(jié)構(gòu)，人們提出了多種光纖濕度傳感器方案，如Sens.Actuators BChem.147 ,385-391 (2010)和IEEE Sensors J，13(5) ,2026-2031 (2013)這兩篇文章所提出的，基于光纖干涉儀結(jié)構(gòu)結(jié)合濕度膜材料的傳感器設(shè)計(jì)方案，濕度膜材料折射率的變化，弓丨起干涉儀干涉波長(zhǎng)的漂移，從而解調(diào)出濕度信息；又如Appl.0pt.52(1), 90-95(2012)和IEEE Photon.Tech.Lett.21(7) ,441-443(2009)所提出的分別基于濕度膜修飾的長(zhǎng)周期光柵和傾斜光柵結(jié)構(gòu)的濕度傳感器，濕度膜材料折射率的變化，引起長(zhǎng)周期光柵波長(zhǎng)的漂移或者是傾斜光柵包層諧振模式的能量衰減，從而解調(diào)出濕度信息。但這些方案都基于透射光譜，同時(shí)存在較大的溫度或者應(yīng)力交叉敏感問(wèn)題，限制了實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是分布式傳感的可行性。另一方面，由于相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度的改變會(huì)對(duì)濕度值產(chǎn)生較大影響，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)給出溫度和濕度信息才有意義。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度和濕度的同時(shí)測(cè)量，并易于分布式組網(wǎng)的光纖傳感器方案顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種光纖溫濕度傳感器，它由單模光纖、四葉草微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠層組成；四葉草微結(jié)構(gòu)光纖一端與單模光纖熔接，熔接處形成第一反射面；四葉草微結(jié)構(gòu)光纖另一端固定紫外固化膠層，四葉草微結(jié)構(gòu)光纖與紫外固化膠層之間形成第二反射面，紫外固化膠層與外界空氣之間形成第三反射面，由三個(gè)反射面形成三個(gè)F-P腔結(jié)構(gòu);所述四葉草微結(jié)構(gòu)光纖外徑為125微米，光纖纖芯的內(nèi)徑為11微米，光纖纖芯的周?chē)鷮?duì)稱開(kāi)有四個(gè)圓心角為85度，半徑為64微米的扇形空氣孔。
[0006]—種含有上述光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統(tǒng)，還包括寬譜光源、光譜儀、光纖耦合器、數(shù)據(jù)采集處理器和溫濕度控制箱;光纖耦合器的兩個(gè)分路端分別與寬譜光源和光譜儀進(jìn)行連接，光纖耦合器的合路端與光纖溫濕度傳感器相連，光纖溫濕度傳感器置于溫濕度控制箱中；數(shù)據(jù)采集處理器與光譜儀相連。
[0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0008]1、本實(shí)用新型提出的基于微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠的溫濕度傳感器是光纖反射式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、抗電磁干擾等特點(diǎn)，尤其在大范圍、遠(yuǎn)距離、惡劣環(huán)境下易于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)準(zhǔn)分布式光纖傳感。
[0009]2、本實(shí)用新型提出的溫濕度解調(diào)方法是基于頻率信息進(jìn)行的，通過(guò)對(duì)光譜進(jìn)行傅里葉變換得到相位信息，實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感信息解調(diào)。與傳統(tǒng)的光譜波長(zhǎng)、強(qiáng)度等解調(diào)方法相比，具有更高的靈敏度，且對(duì)干涉式的準(zhǔn)分布式傳感而言，多個(gè)傳感頭的反射信息疊加后形成的光譜雜亂，很難提取波長(zhǎng)、強(qiáng)度變化信息，而在頻域中進(jìn)行分析時(shí)，不同腔長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的特征頻率可以很容易分開(kāi)和提取，方便傳感信息的解調(diào)，優(yōu)勢(shì)明顯。
[0010]3、由于相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合要給出某個(gè)溫度下的濕度信息才有意義。本實(shí)用新型提出的基于微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器是雙F-P腔結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)解調(diào)溫度和濕度信息，從而可以滿足實(shí)際應(yīng)用層面對(duì)濕度的精確傳感要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型中所使用的四葉草微結(jié)構(gòu)光纖截面示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型的光纖溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型的光纖溫濕度傳感系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0015]附圖1給出了本實(shí)用新型中所用的四葉草微結(jié)構(gòu)光纖截面示意圖。此種光纖的外徑與普通單模光纖相同，均為125微米，光纖纖芯的內(nèi)徑為11微米。由于纖芯4的周?chē)鷮?duì)稱分布著四個(gè)圓心角85度，半徑64微米的扇形空氣孔5，因此命名此種特殊的微結(jié)構(gòu)光纖為四葉草微結(jié)構(gòu)光纖。
[0016]附圖2給出了本實(shí)用新型的基于四葉草微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由單模光纖1、四葉草微結(jié)構(gòu)光纖2、紫外固化膠層3三部分組成。單模光纖I和四葉草光纖2利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，由于四葉草微結(jié)構(gòu)光纖纖芯4的直徑為11微米，與單模光纖芯層直徑失配，因此此處形成一個(gè)第一反射面6。顯微鏡下，通過(guò)點(diǎn)膠的方式在四葉草微結(jié)構(gòu)光纖2后端制備紫外固化膠層3，并在紫外固化燈下進(jìn)行固化，形成四葉草微結(jié)構(gòu)光纖2與紫外固化膠層3之間的第二反射面7，以及紫外固化膠層3與空氣之間的第三反射面8。由三個(gè)反射面6，7，8形成的三個(gè)F-P腔結(jié)構(gòu)，最終構(gòu)成本實(shí)用新型的光纖F-P型溫濕度傳感器。
[0017]如附圖3所示，利用上述光纖溫濕度傳感器13的溫濕度傳感系統(tǒng)包括寬譜光源10、光纖耦合器12、光譜儀11、數(shù)據(jù)采集處理器15以及溫濕度控制箱14。首先將光纖耦合器12的兩個(gè)分路端12-1，12-2分別與寬譜光源10和光譜儀11進(jìn)行連接，再將光纖耦合器12的合路端12-3與光纖溫濕度傳感器13相連，最后將光纖溫濕度傳感器13放入溫濕度控制箱14中，進(jìn)行溫濕度測(cè)試，再將光譜儀11接收到的光譜信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器15中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
[0018]本實(shí)用新型提出的基于微結(jié)構(gòu)光纖和紫外固化膠的溫濕度傳感器是光纖反射式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、抗電磁干擾等特點(diǎn)，尤其在大范圍、遠(yuǎn)距離、惡劣環(huán)境下易于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)準(zhǔn)分布式光纖傳感。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖溫濕度傳感器，其特征在于，它由單模光纖(I)、四葉草微結(jié)構(gòu)光纖(2)和紫外固化膠層(3)組成;所述四葉草微結(jié)構(gòu)光纖(2)—端與單模光纖(I)熔接，熔接處形成第一反射面(6);四葉草微結(jié)構(gòu)光纖(2)另一端固定紫外固化膠層(3)，四葉草微結(jié)構(gòu)光纖(2)與紫外固化膠層(3)之間形成第二反射面(7)，紫外固化膠層(3)與外界空氣之間形成第三反射面(8)，由三個(gè)反射面(6，7，8)形成三個(gè)F-P腔結(jié)構(gòu);所述四葉草微結(jié)構(gòu)光纖外徑為125微米，光纖纖芯的內(nèi)徑為11微米，光纖纖芯的周?chē)鷮?duì)稱開(kāi)有四個(gè)圓心角為85度，半徑為64微米的扇形空氣孔(5)。2.—種含有權(quán)利要求1所述光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統(tǒng)，其特征在于，還包括寬譜光源(10)、光譜儀(11)、光纖耦合器(12)、數(shù)據(jù)采集處理器(15)和溫濕度控制箱(14)；光纖耦合器(12)的兩個(gè)分路端(12-1,12-2)分別與寬譜光源(10)和光譜儀(11)連接，光纖耦合器(12)的合路端(12-3)與光纖溫濕度傳感器(13)相連，光纖溫濕度傳感器(13)置于溫濕度控制箱(14)中；數(shù)據(jù)采集處理器(15)與光譜儀(11)相連。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK205607440SQ201620366269
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】嚴(yán)國(guó)鋒, 王成梁, 何賽靈
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)