CN112763458A - 一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，按光路依次包括光源、第一反射镜、第二反射镜、10X物镜、光纤分束器、信号臂光纤、参考臂光纤、恒温恒湿箱、平台、CCD相机和监视屏，信号臂光纤包括石英光纤a和石英光纤b两根石英光纤，以及1根聚合物光纤，参考臂光纤包括石英光纤c。本发明降低了湿度传感器的响应时间测试结果稳定，不易受到电磁信号的干扰，可以实时监测特殊环境中的湿度，体积较小，制造简单且成本低廉，测试结果较精确。本发明主要应用于光学技术领域。

Description

一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置。
背景技术
传统的湿度传感器主要有机械湿度计、红外光学吸收式湿度计、干湿球湿度计、镜面冷凝式湿度计和电子湿度计等。传统的湿度传感器存在着稳定性较差、容易受到电磁干扰、响应速度慢、耐腐蚀性差以及不能够对待测量进行实时布网式监测等缺点使其无法再在相对恶劣的环境中(例如高温高压、化学工业、核电站等)进行正常的湿度监控。而市面上现有的光纤湿度传感器大部分采用湿敏材料制作而成，将大大减小该类传感器的应用范围，同时由于湿敏材料的涂覆以及需要高精度的填充技术也会增加该类传感器的制作难度，使其制作工艺复杂化。由于湿敏材料的性质会随着环境温度的变化而产生相应的改变，因此环境温度的变化会对该类传感器的测量精度带来一定的影响，也增加了传感器的响应时间，从而导致传感器的响应速度变慢等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，包括：光源、第一反射镜、第二反射镜、10X物镜、光纤分束器、信号臂光纤、参考臂光纤、恒温恒湿箱、平台、CCD相机和监视屏，所述光源发射的光依次经过第一反射镜、第二反射镜、10X物镜和光纤分束器以后分成两束，一束光通过信号臂光纤，另一束光通过参考臂光纤，所述信号臂光纤的一部分和参考臂光纤的一部分设置于平台上，两束光通过平台上的信号臂光纤的输出端和参考臂光纤的输出端平行射出后进入CCD相机，在监视屏上形成干涉条纹，其特征在于，所述信号臂光纤包括石英光纤a和石英光纤b两根石英光纤，以及1根聚合物光纤，所述聚合物光纤的一端连接石英光纤a，所述聚合物光纤的另一端连接石英光纤b，所述参考臂光纤包括石英光纤c，所述聚合物光纤置于恒温恒湿箱中，所述石英光纤b的一部分和石英光纤c的一部分平行且互相靠近设置于平台上。
具体的，所述光源为He-Ne激光光源，波长为632.8nm。
具体的，所述信号臂光纤的制作方法为：
S1，取石英光纤a和石英光纤b，将石英光纤a和石英光纤b各自的一端都剥离n厘米长度的护套，n的取值范围为[10,20]厘米；
S2，将石英光纤a和石英光纤b的被剥离护套的一端的前端去掉m厘米长度的涂覆层，m的取值范围为[3,5]厘米，并把端面处理平整；
S3，将一根聚合物光纤置于烘箱中加热为48小时，加热温度为80℃，并将聚合物光纤的两端端面处理平整；
S4，将石英光纤a的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的一端，并将石英光纤b的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的另一端。
具体的，所述聚合物光纤被拉直后用紫外胶粘贴在恒温恒湿箱内的平台上，所述石英光纤b的一部分和石英光纤c的一部分平行且互相接近设置于平台上。
具体的，所述恒温恒湿箱中的温度为26℃。
具体的，调整信号臂光纤和参考臂光纤的输出端与CCD相机之间的距离，以调整干涉条纹间距。
本发明的有益效果是：聚合物光纤被拉直后用紫外胶粘贴在平台上，聚合物光纤的长度不会随着湿度的变化而变化，但光纤的折射率会随着湿度的变化而变化，从而降低了湿度传感器的响应时间，保证了测试结果的稳定性；本发明不易受到电磁信号的干扰，且具有柔韧性，可以实现特殊环境中湿度的实时监测；本发明体积较小，制造工艺简单，制作成本低廉，测试过程简易，测试结果较精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度传感器装置光学系统图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
图1是本发明实施例的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度传感器装置，如图1所示，该光纤湿度传感器装置提出了一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，包括光源100、第一反射镜200、第二反射镜300、10X物镜400、光纤分束器500、信号臂光纤600、参考臂光纤700、恒温恒湿箱800、平台900、CCD相机1000和监视屏1100。
作为一种实施方式，采用的光源100为He-Ne激光器，其波长为632.8nm。首先开始制作信号臂光纤600，具体的制作方法为：
S1，取石英光纤a和石英光纤b，将石英光纤a和石英光纤b的一端都剥离n厘米长度的护套，n的取值范围为[10,20]厘米；
S2，将石英光纤a和石英光纤b的被剥离护套的一端的前端去掉m厘米长度的涂覆层，m的取值范围为[3,5]厘米，并把端面处理平整；
S3，将一根聚合物光纤置于烘箱中加热48小时，加热温度为80℃，并将聚合物光纤的两端端面处理平整；
S4，将石英光纤a的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的一端，并将石英光纤b的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的另一端。
由He-Ne激光器100发出的光经过第一反射镜200、第二反射镜300和10倍物镜400后汇聚到光纤纤芯，通过光纤分束器500分成2条光路，其中一条光路输入信号臂光纤600。将信号臂光纤600中的聚合物光纤拉伸原长度的0.3％-1％，以避免热膨胀系数对光纤长度的影响，降低传感器的响应时间，并将聚合物光纤部分外表面用紫外胶固定在恒温恒湿箱800内的平台上，调节恒温恒湿箱800中的温度为26℃。信号臂光纤600中的聚合物光纤长度为10cm。将参考臂光纤700置于空气中。用拨皮钳把石英光纤b和石英光纤c的前端20cm长度的护套和3cm长度的涂覆层剥离下来，并将两个端面进行切割，形成平整的光纤端面，以方便将石英光纤b和石英光纤c并拢。用胶带将经过处理的信号臂光纤600中的石英光纤b和石英光纤c的等长的一部分平行且互相靠近地固定在平台900上，并各自伸出平台900大约3mm。
调整CCD相机1000，使得2条光束进入摄像头，打开监视器电源，可观察到干涉条纹的图像，调整信号臂光纤600和参考臂光纤700的输出端和CCD相机1000之间的距离，从而可以调整干涉条纹间距，调节恒温恒湿箱的湿度，记录干涉条纹的移动情况，可以发现，干涉条纹移动数目与湿度的改变量成线性关系，通过反复测量取平均值的方法，减少测量时的误差。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，包括：光源(100)、第一反射镜(200)、第二反射镜(300)、10X物镜(400)、光纤分束器(500)、信号臂光纤(600)、参考臂光纤(700)、恒温恒湿箱(800)、平台(900)、CCD相机(1000)和监视屏(1100)，所述光源(100)发射的光依次经过第一反射镜(200)、第二反射镜(300)、10X物镜(400)和光纤分束器(500)以后分成两束，一束光通过信号臂光纤(600)，另一束光通过参考臂光纤(700)，所述信号臂光纤(600)的一部分和参考臂光纤(700)的一部分设置于平台(900)上，两束光通过平台(900)上的信号臂光纤(600)的输出端和参考臂光纤(700)的输出端平行射出后进入CCD相机(1000)，在监视屏(1100)上形成干涉条纹，其特征在于，所述信号臂光纤(600)包括石英光纤a和石英光纤b两根石英光纤，以及1根聚合物光纤，所述聚合物光纤的一端连接石英光纤a，所述聚合物光纤的另一端连接石英光纤b，所述参考臂光纤(700)包括石英光纤c，所述聚合物光纤置于恒温恒湿箱(800)中，所述石英光纤b的一部分和石英光纤c的一部分平行且互相靠近设置于平台(900)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于：所述光源(100)为He-Ne激光光源，波长为632.8nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于，所述信号臂光纤(600)的制作方法为：
S1，取石英光纤a和石英光纤b，将石英光纤a和石英光纤b的一端都剥离n厘米长度的护套，n的取值范围为[10,20]厘米；
S2，将石英光纤a和石英光纤b的被剥离护套的一端的前端去掉m厘米长度的涂覆层，m的取值范围为[3,5]厘米，并把端面处理平整；
S3，将1根聚合物光纤置于烘箱中加热后将聚合物光纤的两端端面处理平整；
S4，将石英光纤a的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的一端，并将石英光纤b的被去掉m厘米长度的涂覆层的一端连接聚合物光纤的另一端。
4.根据权利要求3所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于，在S3中，加热温度为80℃，加热时间为48小时。
5.根据权利要求1所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于，所述聚合物光纤被拉直后用紫外胶粘贴在恒温恒湿箱(800)内的平台上。
6.根据权利要求5所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于，所述恒温恒湿箱(800)中的温度为26℃。
7.根据权利要求1所述的一种基于马赫曾德干涉的光纤湿度检测装置，其特征在于，调整信号臂光纤(600)和参考臂光纤(700)的输出端与CCD相机(1000)之间的距离，以调整干涉条纹间距。
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