CN107389565A - 一种光纤湿度传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤湿度传感器，包括2微米光源、光检测器和涂覆有水凝胶的传感光纤。且，传感光纤的一端与2微米光源连接，传感光纤另一端与检测器连接。选择市售单模光纤在其中部剥除长度为2‑8cm的涂覆层，并用物理拉涂法在已剥除涂覆层的光纤上涂覆水凝胶，使传感光纤在2微米波段出现损耗峰，该损耗峰的位置λ是湿度的函数，与湿度近似成线性关系。通过测量该损耗峰的位置λ可以求出湿度。该方法原理简单，制造容易，所制备的器件稳定性好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体地说是指一种光纤湿度传感器及其制作方法。
背景技术
湿度传感器在工业、农业、医疗、航空航天和仓储方面等方面有着广泛的应用。最常见测的湿度指的是相对湿度（用%RH表示），即气体中的水蒸气压与其气体的饱和水蒸气压的百分比,它的值显示水蒸气的饱和度有多高。
传统的湿度传感器主要以电子式为主，主要是通过吸湿效果比较好的材料感知外界的湿度变化，比如，通过电容或者电阻的改变来测量外界环境湿度。
基于电容或者电阻式的湿度传感器响应速度快、精度高，但是，其抗污染和抗电磁干扰能力差，也不适合在易燃易爆等恶劣环境下使用。这些缺点使得电子式在某些应用中有很大的局限性。
光纤湿度传感器的优点是能够抗电磁干扰，可以在高温高压易燃易爆等恶劣环境下使用。传统的光纤湿度传感器的制作，需要用氢氟酸腐蚀光纤，比如，发明专利ZL200610068519.9。氢氟酸是腐蚀性非常强的酸，在使用过程中，对操作者需要特别的防护。为此，我们提出一种新的方法，不需要氢氟酸腐蚀光纤制作光纤湿度传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简易、能够测量空气中相对湿度的光纤传感器及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种光纤湿度传感器，包括光源、光检测器和传感光纤，所述光源为2μm波段的宽带光源或可调谐光源，所述传感光纤为一弯曲的单模光纤，所述单模光纤的一端与所述光源连接，另一端与所述光检测器连接，所述单模光纤剥去部分长度的光纤保护套及涂覆层，并涂上水凝胶，所述单模光纤在2μm波段的所述光源，其损耗谱具有一个或若干个损耗峰，该损耗峰的位置λ与湿度近似成线性关系。
优选地，所述光源的波长范围为1900-2400nm。
具体地，所述光检测器为光谱仪或光纤损耗谱测量装置。
进一步地，所述单模光纤的长度为30-40cm，所述光纤保护套及涂覆层的剥去长度为2-8cm。
进一步地，所述单模光纤损耗峰的位置λ是湿度的函数：λ=λ0+a*RH，λ0是传感器参数，a是传感器的灵敏度，RH是相对湿度，单位是%。
上述一种光纤湿度传感器的制作方法，包括以下步骤：
1）、取长度大于8cm的市售单模光纤，单模光纤内部结构为纤芯外制有包层，包层外有涂覆层；
2）、用刀片分别切去光纤护套和涂覆层，切去长度为2-8cm；
3）、采用物理拉涂的方法，以琼脂糖水凝胶载体，将水凝胶均匀地涂覆在剥除涂覆层的光纤表面。
水凝胶的涂覆方法是：将3.3g的琼脂糖配加145 ml离子水,然后置于60度的水浴中搅拌30分钟；待完全溶解后，通过拉涂的方法均匀地将琼脂糖水凝胶涂覆在剥除涂覆层的光纤表面；待水分完全蒸发后，使其在光纤表面成膜。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的光纤湿度传感器，采用简单弯曲并涂有水凝胶的单模光纤作为传感光纤，使其损耗峰出现在2μm波段，再利用光检测器即可测得损耗峰的位置λ，损耗峰的位置λ与湿度近似成线性关系。
2、本发明光纤湿度传感器的制作方法无需腐蚀光纤，工艺步骤简便，容易操作，制备得到的产品稳定性好，具有较好的可逆性，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明传感光纤的结构示意图。
图3为本发明波长与湿度近似线性关系图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
一种光纤湿度传感器，包括光源1、光检测器2和传感光纤3。其中，光源1是2微米波段宽带光源或可调谐光源，光源的波长范围为1900-2400nm；光检测器2为光谱仪或能够测量光纤损耗谱的装置；传感光纤3为一弯曲的单模光纤，单模光纤的一端与光源1连接，另一端与光检测器2连接。
参照图2，单模光纤的长度为30-40cm，单模光纤剥去部分长度的光纤保护套21及涂覆层22并涂上水凝胶23，光纤保护套21及涂覆层22的剥去长度为2-8cm。单模光纤在2μm波段的所述光源1，其损耗谱具有一个或若干个损耗峰，参照图3，该损耗峰的位置λ与湿度近似成线性关系，单模光纤损耗峰的位置λ是湿度的函数：λ=λ0+a*RH，λ0是传感器参数，a是传感器的灵敏度，RH是相对湿度，单位是%，RH=(λ-λ0)/a。通过实验，可以标定传感器的灵敏度a和传感器参数λ0，当传感器的灵敏度a和传感器参数λ0已知后，只要测得损耗峰的位置λ，即可算出湿度RH。
该光纤湿度传感器的制作方法，包括以下步骤：
（1）、取市售单模光纤30-40cm，内外芯径尺寸为9/125 u m，单模光纤内部结构为纤芯20外制有包层24，包层24外有涂覆层22；
（2）、用刀片分别切去光纤护套21和涂覆层22，切去长度为2-8cm；
（3）、采用物理拉涂的方法，以琼脂糖水凝胶载体，将水凝胶均匀地涂覆在剥除涂覆层的光纤表面。
水凝胶的涂覆方法是：将3.3g的琼脂糖配加145 ml离子水,然后置于60度的水浴中搅拌30分钟；待完全溶解后，通过拉涂的方法均匀地将琼脂糖水凝胶涂覆在剥除涂覆层的光纤表面；待水分完全蒸发后，使其在光纤表面成膜。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种光纤湿度传感器，其特征在于：包括光源、光检测器和传感光纤，所述光源为2μm波段的宽带光源或可调谐光源，所述传感光纤为一弯曲的单模光纤，所述单模光纤的一端与所述光源连接，另一端与所述光检测器连接，所述单模光纤剥去部分长度的光纤保护套及涂覆层，并涂上水凝胶，所述单模光纤在2μm波段的所述光源，其损耗谱具有一个或若干个损耗峰，该损耗峰的位置λ与湿度近似成线性关系。
2.如权利要求1所述的一种光纤湿度传感器，其特征在于：所述光源的波长范围为1900-2400nm。
3.如权利要求1所述的一种光纤湿度传感器，其特征在于：所述光检测器为光谱仪或光纤损耗谱测量装置。
4.如权利要求1所述的一种光纤湿度传感器，其特征在于：所述单模光纤的长度为30-40cm，所述光纤保护套及涂覆层的剥去长度为2-8cm。
5.如权利要求1所述的一种光纤湿度传感器，其特征在于：所述单模光纤损耗峰的位置λ是湿度的函数：λ=λ0+a*RH，λ0是传感器参数，a是传感器的灵敏度，RH是相对湿度，单位是%。
6.一种如权利要求1至5任一所述光纤湿度传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、取长度大于8cm的市售单模光纤，单模光纤内部结构为纤芯外制有包层，包层外有涂覆层；
2）、用刀片分别切去光纤护套和涂覆层，切去长度为2-8cm；
3）、采用物理拉涂的方法，以琼脂糖水凝胶载体，将水凝胶均匀地涂覆在剥除涂覆层的光纤表面。
7.如权利要求6所述的一种光纤湿度传感器的制作方法，其特征在于：所述水凝胶的涂覆方法是：将3.3g的琼脂糖配加145 ml离子水,然后置于60度的水浴中搅拌30分钟；待完全溶解后，通过拉涂的方法均匀地将琼脂糖水凝胶涂覆在剥除涂覆层的光纤表面；待水分完全蒸发后，使其在光纤表面成膜。
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