CN114755202A - 一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法，该方案包括有光发送器、前端光接收器、后端光接收器、一号光纤、二号光纤、POF光纤和光纤耦合器；所述光发送器通过一号光纤与光纤耦合器连接；所述前端光接收器通过二号光纤与光纤耦合器连接；所述后端光接收器通过POF光纤与光纤耦合器连接。该方案中采用将聚酰亚胺涂层设置在POF光纤芯层上，实现了分布式的传感，满足了在复杂空间结构中任意布置检测点位的需求，同时利用测量系统实现对各个检测点位的湿度测量和定位。

Description

一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法
技术领域
本发明涉及的是定位检测领域，尤其是一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法。
背景技术
现有的光纤分布式传感技术普遍存在以下问题：1、普遍存在测量盲区；2、仅对应力和温度变化敏感，不能直接测量湿度的变化，需要依靠特殊材料耗费一定时间将湿度转化为应力或者温度变化，极大的影响测量的实时性；3、数据分析处理机制复杂，同样影响测量实时性。受限于各种约束条件，在原有技术框架内，很难实现大幅度的提升。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法，该方案采用聚酰亚胺涂层的吸湿形变特性，可实现湿度信息的准分布式传感，可以满足在复杂空间结构内任意布置的检测需求，实现了湿度信息的高精度定位。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器，包括有光发送器、前端光接收器、后端光接收器、一号光纤、二号光纤、POF光纤和光纤耦合器；光发送器通过一号光纤与光纤耦合器连接；前端光接收器通过二号光纤与光纤耦合器连接；后端光接收器通过POF光纤与光纤耦合器连接。
作为本方案的优选：POF光纤上设置有多个光纤敏感单元；光纤敏感单元为将POF光纤的包层剥离直至露出芯层，再在芯层上涂覆聚酰亚胺涂层。
作为本方案的优选：聚酰亚胺涂层在吸收水分高于临界值后会膨胀，从而挤压POF光纤芯层使POF光纤芯层的直径减小。
作为本方案的优选：聚酰亚胺涂层在吸收的水分低于临界值时，会恢复到原始形状，POF光纤芯层不再受挤压，芯层直径会恢复到初始状态。
基于上述传感器的定位检测方法，包括有以下步骤：
a、制作带有光纤敏感单元的POF光纤，通过将POF光纤上的N段包层剥离直至露出芯层，再在芯层上通过涂覆工艺覆盖上聚酰亚胺涂层，形成光纤敏感单元；
b、将设备连接完成后置入需要检测湿度的环境中；
c、打开光发送器、前端光接收器以及后端光接收器，通过观察前端光接收器和后端光接收器的光强确定受潮的光纤敏感单元的定位，从而实现对整个POF光纤分布范围中的环境湿度检测。
作为本方案的优选：步骤c中的定位方法为：
前端光接收器从光发送器发出光线的同时开始计时，每接到一次变化的光强时都会对该变化的光强标记一个时间戳；
当环境中不存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，前端光接收器不会接收到光信号，后端光接收器会接收到与初始发射光线光强一致的光信号；
当环境中某一处或多处存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，由于聚酰亚胺涂层膨胀挤压POF光纤的芯层，导致该处芯层的直径缩小，传输的光线会受到一定程度的阻挡从而产生散射，散射的光线会回传到前端光接收器中，因此后端光接收器会接收到光强弱于初始发射光线光强的光信号，前端光接收器会接收到部分光信号，同时每一处的光纤敏感元散射后的光进入到前端光接收器中时接收到个光强都会产生变化，都会有一个时间戳与之对应，从而能够确定是具体哪一处或哪几处光纤敏感单元处的环境湿度超过了临界值。
作为本方案的优选：步骤c中，根据前端光接收器和后端光接收器接收到的光强强弱能够计算出某一光纤敏感单元处的湿度范围。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用将聚酰亚胺涂层设置在POF光纤芯层上，实现了分布式的传感，满足了在复杂空间结构中任意布置检测点位的需求，同时利用测量系统实现对各个检测点位的湿度测量和定位。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A方向的剖视图。
图3为图1中B-B方向的剖视图。
图4为吸水后的光纤敏感单元的截面示意图。
图5为光纤敏感单元吸水后的内部光路示意图。
图中，1为光发送器，2为前端光接收器，3为光纤耦合器，4为一号光纤，5为二号光纤，6为POF光纤，7为光纤敏感单元，8为后端光接收器，10为聚酰亚胺涂层，11为芯层，12为包层。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例：
如图1所示：
本实施例中采用的装置包括有光发送器、前端光接收器、后端光接收器、一号光纤、二号光纤、POF光纤和光纤耦合器；光发送器通过一号光纤与光纤耦合器连接；前端光接收器通过二号光纤与光纤耦合器连接；后端光接收器通过POF光纤与光纤耦合器连接。
POF光纤上设置有多个光纤敏感单元；（未设置光敏单元处的POF光纤截面如图3所示）
光纤敏感单元为将POF光纤的包层剥离直至露出芯层，再在芯层上涂覆聚酰亚胺涂层。（如图2所示）
聚酰亚胺涂层在吸收水分高于临界值后会膨胀，从而挤压POF光纤芯层使POF光纤芯层的直径减小。（如图4所示）
聚酰亚胺涂层在吸收的水分低于临界值时，会恢复到原始形状，POF光纤芯层不再受挤压，芯层直径会恢复到初始状态。
上述传感器的定位检测方法，包括有以下步骤：
a、制作带有光纤敏感单元的POF光纤，通过将POF光纤上的N段包层剥离直至露出芯层，再在芯层上通过涂覆工艺覆盖上聚酰亚胺涂层，形成光纤敏感单元；
b、将设备连接完成后置入需要检测湿度的环境中；
c、打开光发送器、前端光接收器以及后端光接收器，通过观察前端光接收器和后端光接收器的光强确定受潮的光纤敏感单元的定位，从而实现对整个POF光纤分布范围中的环境湿度检测。
作为本方案的优选：步骤c中的定位方法为：
前端光接收器从光发送器发出光线的同时开始计时，每接到一次变化的光强时都会对该变化的光强标记一个时间戳；
当环境中不存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，前端光接收器不会接收到光信号，后端光接收器会接收到与初始发射光线光强一致的光信号；
当环境中某一处或多处存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，由于聚酰亚胺涂层膨胀挤压POF光纤的芯层，导致该处芯层的直径缩小，传输的光线会受到一定程度的阻挡从而产生散射，散射的光线会回传到前端光接收器中（如图5所示），因此后端光接收器会接收到光强弱于初始发射光线光强的光信号，前端光接收器会接收到部分光信号，同时每一处的光纤敏感元散射后的光进入到前端光接收器中时接收到个光强都会产生变化，都会有一个时间戳与之对应，从而能够确定是具体哪一处或哪几处光纤敏感单元处的环境湿度超过了临界值。
步骤c中，根据前端光接收器和后端光接收器接收到的光强强弱能够计算出某一光纤敏感单元处的湿度范围。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器，其特征是：包括有光发送器、前端光接收器、后端光接收器、一号光纤、二号光纤、POF光纤和光纤耦合器；所述光发送器通过一号光纤与光纤耦合器连接；所述前端光接收器通过二号光纤与光纤耦合器连接；所述后端光接收器通过POF光纤与光纤耦合器连接。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器，其特征是：所述POF光纤上设置有多个光纤敏感单元；所述光纤敏感单元为将POF光纤的包层剥离直至露出芯层，再在芯层上涂覆聚酰亚胺涂层。
3.根据权利要求2所述的一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器，其特征是：所述聚酰亚胺涂层在吸收水分高于临界值后会膨胀，从而挤压光纤芯层使POF光纤芯层的直径减小。
4.根据权利要求3所述的一种聚酰亚胺光纤分布式湿度传感器，其特征是：所述聚酰亚胺涂层在吸收的水分低于临界值时，会恢复到原始形状，POF光纤芯层不再受挤压，芯层直径会恢复到初始状态。
5.一种基于权利要求1所述的传感器的定位检测方法，其特征是：包括有以下步骤：
a、制作带有光纤敏感单元的POF光纤，通过将POF光纤上的N段包层剥离直至露出芯层，再在芯层上通过涂覆工艺覆盖上聚酰亚胺涂层，形成光纤敏感单元；
b、将设备连接完成后置入需要检测湿度的环境中；
c、打开光发送器、前端光接收器以及后端光接收器，通过观察前端光接收器和后端光接收器的光强确定受潮的光纤敏感单元的定位，从而实现对整个POF光纤分布范围中的环境湿度检测。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述步骤c中的定位方法为：
所述前端光接收器从光发送器发出光线的同时开始计时，每接到一次变化的光强时都会对该变化的光强标记一个时间戳；
当环境中不存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，前端光接收器不会接收到光信号，后端光接收器会接收到与初始发射光线光强一致的光信号；
当环境中某一处或多处存在湿度超过聚酰亚胺涂层吸收极限值的情况时，由于聚酰亚胺涂层膨胀挤压POF光纤的芯层，导致该处芯层的直径缩小，传输的光线会受到一定程度的阻挡从而产生散射，散射的光线会回传到前端光接收器中，因此后端光接收器会接收到光强弱于初始发射光线光强的光信号，前端光接收器会接收到部分光信号，同时每一处的光纤敏感元散射后的光进入到前端光接收器中时接收到个光强都会产生变化，都会有一个时间戳与之对应，从而能够确定是具体哪一处或哪几处光纤敏感单元处的环境湿度超过了临界值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述步骤c中，根据前端光接收器和后端光接收器接收到的光强强弱能够计算出某一光纤敏感单元处的湿度范围。
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Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2122337A (en) * 1982-05-18 1984-01-11 Nat Res Dev Fibre optic sensing device
US5164588A (en) * 1991-02-04 1992-11-17 Eastman Kodak Company Method and apparatus for sensing ambient conditions at locations along an optical fiber transmission path
US5191206A (en) * 1991-04-16 1993-03-02 Electric Power Research Institute, Inc. Distributed fiber optic sensor using clad material light backscattering
US5212099A (en) * 1991-01-18 1993-05-18 Eastman Kodak Company Method and apparatus for optically measuring concentration of an analyte
US6418260B1 (en) * 1998-02-25 2002-07-09 Hitachi, Ltd. Optical fiber and fiber-optic sensing system using the same
CN101126666A (zh) * 2007-09-27 2008-02-20 天津大学 高灵敏度光纤温度传感器
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
WO2015181155A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 Danmarks Tekniske Universitet Optical sensor for measuring humidity, strain and temperature
WO2017165907A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 University Of South Australia Humidity sensors and uses thereof
CN207556708U (zh) * 2017-07-03 2018-06-29 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光纤型温度传感系统及温度传感光纤
CN109916834A (zh) * 2019-02-01 2019-06-21 北京交通大学 一种用于测量湿度的光电振荡器及其测量方法
CN110567916A (zh) * 2019-09-12 2019-12-13 哈尔滨工业大学 光纤分布式环境湿度传感器及其制作方法
CN210487587U (zh) * 2019-09-09 2020-05-08 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种气体激光吸收光谱测量的标定装置
CN111141691A (zh) * 2020-01-09 2020-05-12 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） 一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统及其应用方法
CN210981350U (zh) * 2019-12-06 2020-07-10 厦门大学 一种分布式光纤湿度和温度同时检测装置
CN211905074U (zh) * 2020-01-09 2020-11-10 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） 一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统
WO2020247984A1 (en) * 2019-06-07 2020-12-10 Orbis Intelligent Systems, Inc. Detection device for a fluid conduit or fluid dispensing device
CN114594071A (zh) * 2022-03-30 2022-06-07 西安交通大学 一种土壤墒情光纤光栅检测传感器

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2122337A (en) * 1982-05-18 1984-01-11 Nat Res Dev Fibre optic sensing device
US5212099A (en) * 1991-01-18 1993-05-18 Eastman Kodak Company Method and apparatus for optically measuring concentration of an analyte
US5164588A (en) * 1991-02-04 1992-11-17 Eastman Kodak Company Method and apparatus for sensing ambient conditions at locations along an optical fiber transmission path
US5191206A (en) * 1991-04-16 1993-03-02 Electric Power Research Institute, Inc. Distributed fiber optic sensor using clad material light backscattering
US6418260B1 (en) * 1998-02-25 2002-07-09 Hitachi, Ltd. Optical fiber and fiber-optic sensing system using the same
CN101126666A (zh) * 2007-09-27 2008-02-20 天津大学 高灵敏度光纤温度传感器
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
WO2015181155A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 Danmarks Tekniske Universitet Optical sensor for measuring humidity, strain and temperature
WO2017165907A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 University Of South Australia Humidity sensors and uses thereof
CN207556708U (zh) * 2017-07-03 2018-06-29 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光纤型温度传感系统及温度传感光纤
CN109916834A (zh) * 2019-02-01 2019-06-21 北京交通大学 一种用于测量湿度的光电振荡器及其测量方法
WO2020247984A1 (en) * 2019-06-07 2020-12-10 Orbis Intelligent Systems, Inc. Detection device for a fluid conduit or fluid dispensing device
CN210487587U (zh) * 2019-09-09 2020-05-08 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种气体激光吸收光谱测量的标定装置
CN110567916A (zh) * 2019-09-12 2019-12-13 哈尔滨工业大学 光纤分布式环境湿度传感器及其制作方法
CN210981350U (zh) * 2019-12-06 2020-07-10 厦门大学 一种分布式光纤湿度和温度同时检测装置
CN111141691A (zh) * 2020-01-09 2020-05-12 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） 一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统及其应用方法
CN211905074U (zh) * 2020-01-09 2020-11-10 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） 一种快速响应式光纤布拉格光栅湿度传感器系统
CN114594071A (zh) * 2022-03-30 2022-06-07 西安交通大学 一种土壤墒情光纤光栅检测传感器

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.M.TAY 等: "Humidity sensing using plastic optical fibers", 《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》 *
PETER J.THOMAS 等: "A fully distributed fibre optic sensor for relative hymidity measurements", 《SENSORS AND ACTUATOR B: CHEMICAL》 *
冯飞 等: "分布式以及准分布式光纤传感器研究进展", 《光通信技术》 *
崔凯: "基于OFDR的分布式温度、压力测量和信号提取方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
张丙盛: "无源RFID传感标签节点和系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
王蓉 等: "高灵敏度塑料光纤湿度传感器", 《压电与声光》 *
白韶红: "湿度测量方法与仪器的发展", 《仪器仪表用户》 *

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