CN111220208B - 一种新型光纤温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，包括：单模光纤束、光纤束固定凹槽、光纤束封装外壳、传感器前端接头及传感器尾纤结构件，其中：单模光纤束由若干根光纤光栅组构成，单根光纤光栅组包括依次连接的湿度光栅、温度光栅及单模光纤，且湿度光栅的表面涂敷有湿敏材料；将单模光纤束固定于光纤束固定凹槽内，然后放置于光纤束封装外壳内，传感器前端接头与所述光纤束封装外壳内螺纹连接；光纤束封装外壳另一端与固定凹槽尾部的前端外螺纹连接，传感器尾纤结构件的前端与光纤束固定凹槽的尾端内螺纹连接，最后尾纤结构件外表面通过橡胶结构件的贴合封装，通过传感器前端锥形接头插入烟草堆内部，实现对烟草堆内部环境温湿度的准分布式测量。

Description

一种新型光纤温湿度传感器

技术领域

本申请涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种新型光纤温湿度传感器。

背景技术

烟草作为我国第二产业的重要经济来源，烟草品质的高低直接影响成品卷烟的质量，而影响烟叶储存质量的关键因素在于储存空间的温湿度，如果烟草储存空气中湿度过大，烟草会发生霉变，散发出可燃气体；如果温度过高，将会发生自燃。一旦出现这种情况，会给企业和国家带来不可估量的损失。因此在烟草存储过程中，对仓库温湿度进行有效监测及控制对保障烟草产品质量具有重要意义。

目前针对烟草仓库储存温湿度监测主要利用指针温湿度计或电子式温湿度传感器实现烟草仓库中温湿度环境的监测，但是这种监测方法只能够监测出仓库中环境空气中的温湿度，无法对存储烟草堆内部温湿度进行监测。

发明内容

本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，以解决传统检测手段只能够监测仓库中空气温湿度，无法监测存储烟草堆内部温湿度的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，包括：

单模光纤束、光纤束固定凹槽、光纤束封装外壳、传感器前端接头及传感器尾纤结构件，其中：

所述单模光纤束由若干根光纤光栅组构成，单根光纤光栅组包括依次连接的湿度光栅、温度光栅及单模光纤，其中所述湿度光栅的表面涂敷有湿敏材料；

所述光纤束固定凹槽包括U型凹槽及均匀分布于所述凹槽上的固定支撑点；

所述光纤束封装外壳包括相邻设置的非镂空部位和镂空部位，所述湿度光栅及温度光栅均位于所述镂空部位的对应处，所述固定支撑点位于所述非镂空部位的对应处；

所述传感器前端接头设为锥型接头，所述传感器前端接头与所述光纤束封装外壳螺纹连接；所述光纤束封装外壳的另一端与所述光纤束固定凹槽尾部的前端通过螺纹连接；

所述传感器尾纤结构件设为中空。

可选的，所述湿度光栅及温度光栅均为C或L波段光纤布拉格光栅，且所述湿度光栅及温度光栅的长度介于10mm-12mm之间。

可选的，所述湿度光栅的表面涂敷有聚酰亚胺溶液湿敏材料，所述温度光栅为裸光栅。

可选的，固定支撑点之间的距离介于70mm-100mm之间

可选的，所述光纤束固定凹槽的外直径比所述光纤束封装外壳的内直径小1mm。

可选的，所述单模光纤束通过AB胶固定于所述光纤束固定凹槽的内部。

可选的，所述光纤束封装外壳设为不锈钢圆筒状外壳，且所述光纤束封装外壳的直径为10-15mm，所述光纤束封装外壳的壁厚为2mm。

可选的，所述镂空部位设有圆孔，所述圆孔的直径为1-1.5mm，所述镂空部位的长度大于所述湿度光栅及温度光栅总长度的5-10mm。

可选的，所述传感器前端接头设为锥型实心不锈钢接头，所述传感器前端接头的底端直径比所述光纤束封装外壳外径大1mm。

可选的，所述传感器尾纤结构件的中空孔直径为2mm。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

由上述技术方案可见，本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，包括：单模光纤束、光纤束固定凹槽、光纤束封装外壳、传感器前端接头及传感器尾纤结构件，其中：单模光纤束由若干根光纤光栅组构成，单根光纤光栅组包括依次连接的湿度光栅、温度光栅及单模光纤，且湿度光栅的表面涂敷有湿敏材料；将单模光纤束固定于光纤束固定凹槽内，然后放置于光纤束封装外壳内，传感器前端接头与所述光纤束封装外壳内螺纹连接；光纤束封装外壳另一端与光纤束固定凹槽尾部的前端外螺纹连接，传感器尾纤结构件的前端与光纤束固定凹槽的尾端内螺纹连接，最后传感器尾纤结构件外表面通过橡胶结构件的贴合封装，实现光纤温湿度传感器的尾纤输出；所述光纤温湿度传感器封装完成后，每只传感器可包含多个光纤温湿度探头，通过传感器前端锥形接头插入烟草堆内部，实现对烟草堆内部环境温湿度的准分布式测量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的整体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的单模光纤束的单根光纤光栅组的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的光纤束固定凹槽的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的光纤束封装外壳的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的传感器前端接头的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的传感器尾纤结构件的结构示意图。

其中：

1-单根光纤光栅组，2-光纤束固定凹槽，3-光纤束封装外壳，4-传感器前端接头，5-传感器尾纤结构件，11-湿度光栅，12-温度光栅，13-单模光纤，21-U型凹槽，22-固定支撑点，31-非镂空部位，32-镂空部位。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见附图1，图1示出了本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的整体结构示意图。下面结合附图1对本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器进行说明。

本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，包括：

单模光纤束、光纤束固定凹槽2、光纤束封装外壳3、传感器前端接头4及传感器尾纤结构件5，其中：

所述单模光纤束由若干根光纤光栅组1构成，如图2所示，图2为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的单模光纤束的结构示意图，单根光纤光栅组1包括依次连接的湿度光栅11、温度光栅12及单模光纤13，所述光纤为普通单模光纤，光栅为C或L波段光纤布拉格光栅，每根光纤前端连接一只湿度光栅11、一只温度光栅12，光栅长度介于10mm-12mm之间，多根光纤光栅组1构成单模光纤束；其中所述湿度光栅11的表面涂敷有湿敏材料，在本申请实施例中湿度光栅11的表面可以涂敷聚酰亚胺溶液湿敏材料，当然也可以选择其他的湿敏材料；温度光栅12为裸光栅，波长变化只受温度影响，根据温度光栅12波长偏移实现温度的测量；湿度光栅11通过对光栅表层涂覆湿敏材料，光栅波长的变化受温度、应力双重影响，环境湿度的变化引起湿敏材料膨胀或收缩，由此湿度光栅11受到外部应力的变化引起中心波长发生偏移，同时湿度光栅11由温度引起的波长偏移则通过温度光栅12的波长变化对其进行温度补偿，因此根据湿度光栅11波长偏移量，实现对环境湿度的测量。

如图3所示，图3为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的光纤束固定凹槽的结构示意图；所述光纤束固定凹槽2包括U型凹槽21及均匀分布于所述凹槽21上的固定支撑点22；所述单模光纤束沿光纤束固定凹槽2放置，每隔一定距离通过AB胶把光纤束固定于不锈钢凹槽内部，凹槽每隔一定距离设置固定支撑点22，避免光纤束固定凹槽2穿入光纤束封装外壳3内部后发生弯曲，使光栅受力，影响测量。

如图4所示，图4为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的光纤束封装外壳的结构示意图；所述光纤束封装外壳3包括相邻设置的非镂空部位31和镂空部位32，所述湿度光栅11及温度光栅12均位于所述镂空部位32的对应处，所述固定支撑点22位于所述非镂空部位31的对应处；所述光纤束封装外壳3为圆筒304不锈钢材料，外壳直径一般小于15mm，壁厚为2mm，保证传感器的刚性同时便于减小插入烟草堆阻力；光纤束封装外壳3的镂空部位32一般采用直径1-1.5mm直径的圆孔，镂空部位32区间长度一般略大于湿度光栅11及温度光栅12两者总长度的长度5-10mm，一个镂空区间段对应一个光纤温湿度监测点，可根据实际需要对外壳的镂空区间数量、长度及镂空密度做适当调整。

在本申请实施例中，制作过程中把单模光纤束平铺至光纤束固定凹槽2内部，调整光栅的位置正好置于传感器外壳镂空位置；凹槽内部固定支撑点22的横截面为圆形结构，且两个固定支撑点22之间的距离小于100mm，避免固定支撑点22的间距过长导致凹槽变形；光纤束固定凹槽2的外直径一般小于光纤束封装外壳3的内直径1mm，间距太大凹槽晃动容易引起光栅受力导致测量精度降低，传感器前端接头与所述光纤束封装外壳内螺纹连接；光纤束封装外壳另一端与光纤束固定凹槽尾部的前端通过外螺纹连接，传感器尾纤结构件的前端与光纤束固定凹槽的尾端内螺纹连接，最后传感器尾纤结构件5外表面通过橡胶结构件的贴合封装。

如图5所示，图5为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的传感器前端接头的结构示意图；所述传感器前端接头4设为锥型接头，所述传感器前端接头4与所述光纤束封装外壳3螺纹连接；所述传感器前端接头4锥形结构为实心不锈钢材料，锥形结构底端直径一般大于光纤束封装外壳3的外径1mm，可在一定程度上降低传感器插入阻力；锥形结构底端的圆柱体部分与光纤束封装外壳3通过螺纹结构实现与传感器主体部分固定；所述光纤束封装外壳的另一端与所述光纤束固定凹槽尾部的前端通过外螺纹连接。

如图6所示，图6为本申请实施例提供的新型光纤温湿度传感器的传感器尾纤结构件的结构示意图，所述传感器尾纤结构件5设为中空结构，中空孔直径2mm，光纤束通过中空孔实现传感器尾纤输出；传感器尾纤结构件的前端与光纤束固定凹槽的尾端内螺纹连接，并在传感器尾纤结构件5外表面通过与预先加工完成的橡胶结构件的贴合封装，实现光纤温湿度传感器的整体封装。

所述光纤温湿度传感器对烟草堆内部温湿度的监测方法，传感器现场采用直接插入的方法，另根据烟草堆的尺寸及密度不同，可对本方案传感器结构中光栅数量、光栅间距等参数进行调整；本发明采用光纤光栅束的金属化、准分布式封装结构，通过不锈钢锥形接头可直接将传感器插入烟草堆内部，实现了对烟草堆内部环境温湿度的准分布式测量。

由上述技术方案可见，本申请提供了一种新型光纤温湿度传感器，包括：单模光纤束、光纤束固定凹槽、光纤束封装外壳、传感器前端接头及传感器尾纤结构件，其中：单模光纤束由若干根光纤光栅组构成，单根光纤光栅组包括依次连接的湿度光栅、温度光栅及单模光纤，且湿度光栅的表面涂敷有湿敏材料；将单模光纤束固定于光纤束固定凹槽内，然后放置于光纤束封装外壳内，传感器前端接头与所述光纤束封装外壳内螺纹连接；光纤束封装外壳另一端与光纤束固定凹槽尾部的前端通过外螺纹连接，传感器尾纤结构件的前端与光纤束固定凹槽的尾端内螺纹连接，最后传感器尾纤结构件外表面通过橡胶结构件的贴合封装，实现光纤温湿度传感器的尾纤输出；所述光纤温湿度传感器封装完成后，每只传感器可包含多个光纤温湿度探头，通过传感器前端锥形接头插入烟草堆内部，实现对烟草堆内部环境温湿度的准分布式测量。

本发明结构简单、本质安全、系统容量大，可广泛应用烟草、仓储等温湿度监测领域。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种光纤温湿度传感器，其特征在于，其用于烟草堆内部温湿度监测，包括：

单模光纤束、光纤束固定凹槽（2）、光纤束封装外壳（3）、传感器前端接头（4）及传感器尾纤结构件（5），其中：

所述单模光纤束由若干根光纤光栅组（1）构成，单根光纤光栅组（1）包括依次连接的湿度光栅（11）、温度光栅（12）及单模光纤（13），其中所述湿度光栅（11）的表面涂敷有湿敏材料；

所述光纤束固定凹槽（2）包括U型凹槽（21）及均匀分布于所述凹槽（21）上的固定支撑点（22）；

所述光纤束封装外壳（3）包括相邻设置的非镂空部位（31）和镂空部位（32），所述湿度光栅（11）及温度光栅（12）均位于所述镂空部位（32）的对应处，所述固定支撑点（22）位于所述非镂空部位（31）的对应处，所述镂空部位（32）的长度大于所述湿度光栅（11）及温度光栅（12）总长度的5-10mm，所述镂空部位（32）对应光纤温湿度监测点；

所述传感器前端接头（4）设为锥型接头，所述传感器前端接头（4）与所述光纤束封装外壳（3）螺纹连接；所述光纤束封装外壳（3）的另一端与所述光纤束固定凹槽（2）尾部的前端通过螺纹连接；

所述传感器尾纤结构件（5）设为中空；

所述光纤束固定凹槽（2）的外直径比所述光纤束封装外壳（3）的内直径小1mm；

所述镂空部位（32）设有圆孔，所述圆孔的直径为1-1.5mm；

所述传感器前端接头（4）设为锥型实心不锈钢接头，所述传感器前端接头（4）的底端直径比所述光纤束封装外壳（3）外径大1mm。

2.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，所述湿度光栅（11）及温度光栅（12）均为C或L波段光纤布拉格光栅，且所述湿度光栅（11）及温度光栅（12）的长度介于10mm-12mm之间。

3.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，所述湿度光栅（11）的表面涂敷有聚酰亚胺溶液湿敏材料，所述温度光栅（12）为裸光栅。

4.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，固定支撑点（22）之间的距离介于70mm-100mm之间。

5.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，所述单模光纤束通过AB胶固定于所述光纤束固定凹槽（2）的内部。

6.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，所述光纤束封装外壳（3）设为不锈钢圆筒状外壳，且所述光纤束封装外壳（3）的直径为10-15mm，所述光纤束封装外壳（3）的壁厚为2mm。

7.根据权利要求1所述的光纤温湿度传感器，其特征在于，所述传感器尾纤结构件（5）的中空孔直径为2mm。

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