CN104792709B - 基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器及其制备方法 - Google Patents

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本发明提供一种基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器，包括光纤，在光纤一端端面粘贴有厚度为20—100um的多孔氧化金属薄膜，其中多孔氧化金属薄膜中的孔规则有序排列，孔的方向与光的传播方向一致。本发明利用规则有序的多孔结构薄膜，设计出一种小型湿度传感器，从而构成一个外腔式的光纤Fabry‑Perot干涉腔，利用毛细血管效应，能够有效地吸收外界水分，从而引起其传输光性质变化，起到监测外界温度的目的，克服了传统电化学温度传感器不耐腐蚀，不抗电辐射等缺点，具有微型化、重复性，稳定性以及潜在低成本的优点。

Description

基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤传感技术，材料科学以及光电子技术的交叉领域，具体涉及一种基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器及其制备方法。
背景技术
检测和控制湿度的变化在许多领域起到至关重要的作用。航空航天、建筑健康、食品安全、医药、仓储、农业等行业对湿度都有非常严格的要求，它直接关系到对产品的质量与安全。现有的湿度传感器种类多样，原理也各不相同，其中以基于多孔氧化铝结构的湿度传感器稳定性，重复性最好。但传统的湿度传感器均为电化学传感器，它不能在特定的环境下(如污染和强电磁干扰环境)下工作。而光纤传感器因为具有耐腐蚀，抗电磁干扰，能够恶劣环境下工作，易设计嵌入式结构等一系列的优点，在传感器发展制作中备受关注。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器及其制备方法，具有微型化、重复性，稳定性以及潜在低成本的优点。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器，包括光纤，其特征在于：在光纤一端端面粘贴有厚度为20-100um的多孔氧化金属薄膜，其中多孔氧化金属薄膜中的孔规则有序排列，孔的方向与光的传播方向一致，该金属为能够阳极氧化成多孔形状的金属。
按上述方案，所述的多孔氧化金属薄膜中的孔的孔隙为30-120nm。
一种光纤湿度传感测试系统，其特征在于：它包括光源、耦合器、光谱仪和权利要求1或2所述的基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器；光纤湿度传感器放置在湿度环境下，光源通过光纤传输，在光纤湿度传感器带有多孔氧化金属薄膜的端面形成反射光，由光纤原路传输，经过耦合器，由光谱仪接收，得到其干涉光谱，并由电脑拟合处理，得到湿度环境下的湿度变化图。
一种上述基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
光纤预准备：剥去光纤一端的光纤护套和涂敷层，使用光纤切割刀将端部切平；
多孔氧化金属薄膜制备：选取能够阳极氧化成多孔形状的金属片，将金属清洗干净；400-600℃退火4-6小时，再清洗抛光；在0.3M草酸、25-40V电压中进行阳极氧化，最终得到20-100um厚度的有序规则多孔氧化金属薄膜；
光纤湿度传感器制备：将光纤与光源、光谱仪相连接，将光纤端面置于显微镜下放大；将光纤穿过负载基底，将透明硬化胶均匀平整地涂沫在光纤端面负载基底的四周，将多孔氧化金属薄膜粘贴在光纤端面，并接合光谱仪，将薄膜调整到最佳位置，使干涉光谱达到光学薄膜设计软件所预定的波形，确保其与光纤端面平行接触。
按上述方法，所述的多孔氧化金属薄膜制备时，将纯度为99.999％的金属片用丙酮超声清洗5min，再用去离子水超声清洗5min，用乙醇超声清洗5min。
按上述方法，所述的多孔氧化金属薄膜制备时，退火后，在0.1M NaOH溶液中清洗2min，并在乙醇和高氯酸混合溶液中抛光。
按上述方法，所述的光纤湿度传感器制备时，显微镜的放大倍数为400-1000倍。
本发明利用规则有序的多孔结构薄膜，设计出一种小型湿度传感器，从而构成一个外腔式的光纤Fabry-Perot干涉腔。该传感器由于规则有序的微小多孔结构，利用毛细血管效应，能够有效地吸收外界水分，从而引起其传输光性质(相位，波长，强度等)变化，起到监测外界温度的目的。
本发明的有益效果为：本发明所制作的光纤湿度传感器，在外界湿度增大的情况下，其波长向长波长方向漂移，这说明本发明所制作传感器能够快速灵敏地响应外界湿度的变化，且具有重复性，稳定性；本发明成功地将阳极氧化金属薄膜成功地应用于光纤传感技术中，能够简单，快捷的制备出稳定性好，重复性好的光纤传感湿度传感器；克服了传统电化学温度传感器不耐腐蚀，不抗电辐射等缺点。而本发明所制备的光纤湿度传感器，属于光纤传感技术领域，且能够调控多孔氧化金属结构(孔隙、厚度等)，提高其湿度传感器的灵敏度，稳定性和重复性，进一步优化其传感器性能。
附图说明
图1为本发明一实施例的多孔氧化铝薄膜的SEM图。
图2为本发明一实施例的结构示意图。
图3为光纤湿度传感测试系统结构图。
图4为光纤湿度传感器测试数据图。
图中：1-光纤，2-多孔氧化铝薄膜，3-光源，4-耦合器，5-光纤湿度传感器，6-盐溶液，7-水温控制器，8-电脑，9-光谱仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明以铝为例，提供一种基于阳极多孔氧化铝的光纤湿度传感器，如图2所示，包括光纤1，在光纤一端端面粘贴有厚度为20-100um的多孔氧化铝薄膜2，其中多孔氧化铝薄膜2中的孔规则有序排列，孔的方向与光的传播方向一致，如图1所示，多孔氧化铝薄膜中的孔的孔隙为30-120nm。
一种光纤湿度传感测试系统，如图3所示，它包括光源3(本实施例选用1510nm的LED光源)、耦合器4(本实施例选用3dB单模耦合器)、光谱仪9和上述基于阳极多孔氧化铝的光纤湿度传感器5；光纤湿度传感器5放置在湿度环境下(本实施例采用盐溶液6作为湿度环境，并通过水温控制器7来控制盐溶液6的温度和蒸发速度)，光源3通过光纤传输，在光纤湿度传感器带有多孔氧化铝薄膜的端面形成反射光，由光纤原路传输，经过耦合器4，由光谱仪9接收，得到其干涉光谱，并由电脑8拟合处理，得到湿度环境下的湿度变化图，如图4所示。从图4可以清晰看出，本发明所制作的光纤湿度传感器，在外界湿度增大的情况下，其波长向长波长方向漂移，这说明本发明所制作传感器能够快速灵敏地响应外界湿度的变化，且具有重复性，稳定性。
上述基于阳极多孔氧化铝的光纤湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：
光纤预准备：剥去光纤一端的光纤护套和涂敷层，使用光纤切割刀将端部切平。本实施例中，芯/包径尺寸为62.5/125um的单模光纤30-50cm，用剥线钳剥去光纤一端的光纤护套和涂敷层，使用光纤切割刀将裸纤端切平，仅保留0.5-2cm。
多孔氧化铝薄膜制备：将铝片清洗干净；400-600℃退火4-6小时，再清洗抛光；在0.3M草酸、25-40V电压中进行阳极氧化，最终得到20-100um厚度的有序规则多孔氧化铝薄膜。本实施例中，选用纯度为99.999％铝片用丙酮超声清洗5min，再用去离子水超声清洗5min，用乙醇超声清洗5min；退火后，在0.1M NaOH溶液中清洗2min，并在乙醇和高氯酸混合溶液中抛光。
光纤湿度传感器制备：将光纤与光源、光谱仪相连接，将光纤端面置于显微镜下放大(放大倍数为400-1000倍)；将透明硬化胶(例如紫外胶)均匀平整地涂沫在光纤端面的负载基底(例如陶瓷插芯)的四周，不覆盖光纤端面，将多孔氧化铝薄膜粘贴在光纤端面，并接合光谱仪，将薄膜调整到最佳位置，使其干涉光谱达到光学薄膜设计软件所预定的波形，确保其与光纤端面平行接触；最后用紫外灯照射，使其硬化。
本实施例中，经试验，在0.3M草酸、40V电压中进行二次阳极氧化，最终得到88um厚度，孔隙84.3nm的有序规则多孔氧化铝薄膜；在0.3M草酸、35V电压中进行二次阳极氧化，最终得到48.7um厚度，孔隙72nm的有序规则多孔氧化铝薄膜；在0.3M草酸、30V电压中进行二次阳极氧化，最终得到35.5um厚度，孔隙66nm的有序规则多孔氧化铝薄膜。
除了铝，其它能够阳极氧化成多孔形状的的金属也可以用于制备该类传感器，例如钛金属等。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器，包括光纤，其特征在于：在光纤一端端面粘贴有厚度为20-100um的多孔氧化金属薄膜，其中多孔氧化金属薄膜中的孔规则有序排列，孔的方向与光的传播方向一致，该金属为能够阳极氧化成多孔形状的金属；
本方法包括以下步骤：
光纤预准备：剥去光纤一端的光纤护套和涂敷层，使用光纤切割刀将端部切平；
多孔氧化金属薄膜制备：选取能够阳极氧化成多孔形状的金属片，将金属片清洗干净；400-600℃退火4-6小时，再清洗抛光；在0.3M草酸、25-40V电压中进行阳极氧化，最终得到20-100um厚度的有序规则多孔氧化金属薄膜；
光纤湿度传感器制备：将光纤与光源、光谱仪相连接，将光纤端面置于显微镜下放大；将光纤穿过负载基底，将透明硬化胶均匀平整地涂沫在光纤端面负载基底的四周，将多孔氧化金属薄膜粘贴在光纤端面，并接合光谱仪，将薄膜调整到最佳位置，使其干涉光谱达到光学薄膜设计软件所预定的波形，确保其与光纤端面平行接触。
2.根据权利要求1所述的基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述的多孔氧化金属薄膜中的孔的孔隙为30-120nm。
3.根据权利要求1所述的基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述的多孔氧化金属薄膜制备时，将纯度为99.999%的金属片用丙酮超声清洗5min，再用去离子水超声清洗5min，用乙醇超声清洗5min。
4.根据权利要求1所述的基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述的多孔氧化金属薄膜制备时，退火后，在0.1M NaOH溶液中清洗2min，并在乙醇和高氯酸混合溶液中抛光。
5.根据权利要求1所述的基于阳极多孔氧化金属的光纤湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述的光纤湿度传感器制备时，显微镜的放大倍数为400-1000倍。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI625515B (zh) * 2015-07-28 2018-06-01 國立屏東科技大學 光纖感測器的用途
CN105203423B (zh) * 2015-10-29 2019-05-31 青岛大学 掺铈氧化锌纳米纤维qcm湿度传感器及其制备方法
EP3598246B1 (fr) * 2018-07-20 2021-04-21 The Swatch Group Research and Development Ltd Montre comprenant un dispositif de mesure du degre d'humidite relative a l'interieur de sa boite

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101776595A (zh) * 2010-01-29 2010-07-14 武汉理工大学 基于法布里-珀罗干涉的光纤湿度传感器的制作方法
CN103064145A (zh) * 2013-01-05 2013-04-24 南京信息工程大学 一种湿度传感光纤及其制备方法与应用
CN104006901A (zh) * 2014-06-17 2014-08-27 武汉理工大学 基于多孔薄膜的光纤温度传感器及其制备和测量方法
GB2514326A (en) * 2013-03-26 2014-11-26 Stephen Wayne James A fibre optic chemical sensor that is insensitive to the influence of interfering parameters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101776595A (zh) * 2010-01-29 2010-07-14 武汉理工大学 基于法布里-珀罗干涉的光纤湿度传感器的制作方法
CN103064145A (zh) * 2013-01-05 2013-04-24 南京信息工程大学 一种湿度传感光纤及其制备方法与应用
GB2514326A (en) * 2013-03-26 2014-11-26 Stephen Wayne James A fibre optic chemical sensor that is insensitive to the influence of interfering parameters
CN104006901A (zh) * 2014-06-17 2014-08-27 武汉理工大学 基于多孔薄膜的光纤温度传感器及其制备和测量方法

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