CN111551501A - 一种高灵敏光纤湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高灵敏光纤湿度传感器，在第一光纤和第二光纤间设置透明材料部，在透明材料部上设置湿敏材料层。使用时，湿敏材料层吸湿膨胀，拉动透明材料部伸长，从而改变透明材料部的透射特性，或者说改变光从第一光纤进入第二光纤的耦合特性，根据该透射特性或耦合特性确定环境的湿度。由于光在两光纤间的耦合特性严重地依赖于两光纤间的材料、材料的形貌、材料的尺寸等因素，所以本发明具有灵敏度高的优点。此外，本发明是基于光纤的，易于在恶劣环境应用，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及湿度传感领域，具体涉及一种高灵敏光纤湿度传感器。
背景技术
湿度监控在电子电器、食品存储、航空航天、文物保护等领域具有重要的应用。传统湿度传感器有毛发湿度计、干湿球湿度计、电量式湿度计。传统湿度传感器存在精度低、响应时间长、灵敏度低等缺点。同时，传统湿度传感器容易受到环境影响，不适合在恶劣环境应用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种高灵敏光纤湿度传感器，该光纤湿度传感器包括光源、光探测器、第一光纤、第二光纤、透明材料部、湿敏材料层，透明材料部设置于第一光纤和第二光纤之间，湿敏材料层设置在透明材料部上，第一光纤连接光源，第二光纤连接光探测器；工作时，湿敏材料层吸湿后膨胀，拉动透明材料部伸长，改变从第一光纤至第二光纤的透射特性，通过探测该透射特性实现环境湿度检测。
更进一步地，湿敏材料层为吸湿膨胀材料。
更进一步地，湿敏材料层为聚酰亚胺。
更进一步地，透明材料部为透明硅胶或透明聚氨酯弹性体材料。
更进一步地，湿敏材料层包覆透明材料部。
更进一步地，在透明材料部内掺杂有贵金属颗粒。
更进一步地，贵金属颗粒的粒径为20纳米-80纳米。
更进一步地，湿敏材料层部分地嵌入透明材料部。
更进一步地，湿敏材料层与透明材料部的截面为凹陷的弧面。
本发明的有益效果：本发明提供了一种高灵敏光纤湿度传感器，在第一光纤和第二光纤间设置透明材料部，在透明材料部上设置湿敏材料层。使用时，湿敏材料层吸湿膨胀，拉动透明材料部伸长，从而改变透明材料部的透射特性，或者说改变光从第一光纤进入第二光纤的耦合特性，根据该透射特性或耦合特性确定环境的湿度。由于光在两光纤间的耦合特性严重地依赖于两光纤间的材料、材料的形貌、材料的尺寸等因素，所以本发明具有灵敏度高的优点。此外，本发明是基于光纤的，易于在恶劣环境应用，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是高灵敏光纤湿度传感器的示意图。
图2是又一种高灵敏光纤湿度传感器的示意图。
图3是再一种高灵敏光纤湿度传感器的示意图。
图4是再一种高灵敏光纤湿度传感器的示意图。
图中：1、第一光纤；2、第二光纤；3、透明材料部；4、湿敏材料层；5、贵金属颗粒。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种高灵敏光纤湿度传感器，该光纤湿度传感器包括光源、光探测器、第一光纤1、第二光纤2、透明材料部3、湿敏材料层4。如图1所示，透明材料部3设置于第一光纤1和第二光纤2之间，透明材料部3对光具有一定的透射能力，对光的吸收少。优选地，透明材料部3为透明硅胶或透明聚氨酯弹性体材料。湿敏材料层4设置在透明材料部3上。湿敏材料层4为吸湿膨胀材料，也就是说，湿敏材料层4吸收水分后能够膨胀。优选地，湿敏材料层4的材料为聚酰亚胺。第一光纤1连接光源，第二光纤2连接光探测器。
使用时，湿敏材料层4吸湿膨胀，拉动透明材料部3伸长，从而改变透明材料部3的透射特性，或者说改变光从第一光纤1进入第二光纤2的耦合特性，根据该透射特性或耦合特性确定环境的湿度。由于光在两光纤间的耦合特性严重地依赖于两光纤间的材料、材料的形貌、材料的尺寸等因素，所以本发明具有灵敏度高的优点。此外，本发明是基于光纤的，易于在恶劣环境应用，在湿度探测领域具有良好的应用前景。
在实际应用中，光源可以为单色光源，此时光探测器探测到的是单色光的透射系数。在湿敏材料层4吸湿后，拉动透明材料部3伸长，改变该透射系数。但是，优选地，光源为连续谱光源，此时光探测器探测到的是透射光谱。处于第一光纤1和第二光纤2间的透明材料部3构成法布里-波罗干涉腔，透明材料部3的伸长改变该法布里-波罗干涉腔或法布里-波罗谐振腔的共振波长，通过光探测器探测该共振波长。因为谐振腔的共振波长严重地依赖于谐振腔的形貌，所以该优选方案能够实现灵敏度更高的探测。
更进一步地，湿敏材料层4包覆透明材料部3。这样一来，当湿敏材料层4吸湿膨胀时，能够给透明材料部3带来更多的拉力，使得透明材料部3伸长更多，对透明材料部3的透射特性改变更多，提高湿度探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，在透明材料部3内掺杂有贵金属颗粒5，贵金属颗粒5的粒径为20纳米-80纳米。在透明材料部3内掺杂贵金属颗粒5后，在光的激发下，贵金属颗粒5发生表面等离激元共振。在湿敏材料层4的膨胀作用下，透明材料部3被拉长，从而增加了相邻贵金属颗粒5间的距离，从而移动了贵金属颗粒5的共振波长。由于贵金属颗粒5的共振波长严重地依赖于相邻贵金属颗粒5间的距离，所以本实施例提供了另一种具有高灵敏度的体现湿度的信号。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，湿敏材料层4部分地嵌入透明材料部3。这有利于在湿敏材料层4吸湿膨胀时，对透明材料部3施加更多的作用力，以便于透明材料部3产生更多的拉长，从而更多地改变透明材料部3的透射特性，提高探测的灵敏度。
实施例4
在实施例1的基础上，如图4所示，湿敏材料层4与透明材料部3的界面为凹陷的弧面，也就是说透明材料部3的中间部位细、两头粗。这样一来，在湿敏材料层4吸湿膨胀时，在伸长的同时，也向透明材料部3的中部压缩，这样产生两个效果：一个效果是拉长了透明材料部3、一个效果是挤压细了透明材料部3。这两方面的效果都提高了透明材料部3的长径比，因为谐振腔的共振波长取决于长径比，一般来说，谐振腔的共振波长正比于长径比，所以本实施例在拉长透明材料部3的同时，挤压透明材料部3，更多地移动谐振腔的共振波长，所以具有更高的湿度探测灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于，包括：光源、光探测器、第一光纤、第二光纤、透明材料部、湿敏材料层，所述透明材料部设置于所述第一光纤和所述第二光纤之间，所述湿敏材料层设置在所述透明材料部上，所述第一光纤连接所述光源，所述第二光纤连接所述光探测器；工作时，所述湿敏材料层吸湿后膨胀，拉动所述透明材料部伸长，改变从所述第一光纤至所述第二光纤的透射特性，通过探测该透射特性实现环境湿度检测。
2.如权利要求1所述的高灵敏湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料层为吸湿膨胀材料。
3.如权利要求2所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料层为聚酰亚胺。
4.如权利要求3所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述透明材料部为透明硅胶或透明聚氨酯弹性体材料。
5.如权利要求1-4任一项所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料层包覆所述透明材料部。
6.如权利要求5所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：在所述透明材料部内掺杂有贵金属颗粒。
7.如权利要求6所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述贵金属颗粒的粒径为20纳米-80纳米。
8.如权利要求5所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料层部分地嵌入所述透明材料部。
9.如权利要求5所述的高灵敏光纤湿度传感器，其特征在于：所述湿敏材料层与所述透明材料部的截面为凹陷的弧面。
Priority Applications (1)
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| CN202010439119.4A CN111551501A (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种高灵敏光纤湿度传感器 |
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| CN (1) | CN111551501A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112378551A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-02-19 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种基于有机共轭聚合物材料的拉力探测器 |
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2020
- 2020-05-22 CN CN202010439119.4A patent/CN111551501A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112378551A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-02-19 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种基于有机共轭聚合物材料的拉力探测器 |
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