CN1908634A - 光纤湿度传感器敏感膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤传感湿度值监测技术领域中的光纤湿度传感器敏感膜的制备方法，先选取内外芯径为62.5/125μm的市售光纤30－50cm，在其一端切去长度为2－6cm的护套和涂敷层；再用氢氟酸腐蚀去除包层；腐蚀后的纤芯用20％－55％的硝酸活化10－60分钟，使纤芯表面形成活化的羟基；然后采用物理包埋方法，以聚甲基丙烯酸甲酯为载体，将湿度敏感染料苯酚红固定在光纤纤芯表面，该方法工艺步骤简单，原理可靠，操作灵便，所制备的器件稳定性好，使用寿命长，可以用于远程测试深埋处的腐蚀场合的酸碱度。
Description
技术领域：
本发明属于光纤传感湿度监测技术领域中的一种传感器湿度敏感器件的制备工艺方法，特别是一种光纤湿度传感器敏感膜的制备方法。
技术背景：
光纤传感技术是随着光纤通信技术的发展而形成的一个新的分支。它具有：体积小、重量轻、形状灵活、抗电磁干扰，对环境的适应性好；属于非接触、非破坏性测量。光纤传感技术可应用于易燃、易爆、空间狭窄及腐蚀性气体、液体环境以及射线污染环境下的检测，它是现有机械、电磁、电子等方法所无法实现或无法比拟的检测技术。传统的电阻式和电容式湿度传感器是通过变送器以电压或电流的方式连接到采集器来检测湿度的，因此响应时间长、稳定性差，而且基体体积大，不适用于微环境和远距离的在线检测，更难适应在恶劣环境中的应用。光纤湿度传感技术充分利用光纤传感技术的优点，将相对湿度的微细变化通过光学信号的改变表现出来。目前，该技术的关键点是在光纤表面修饰湿度敏感膜，敏感膜的修饰方法一般采用湿敏型高分子材料通过交联成膜的方法固定在光纤纤芯表面。
光纤湿度传感技术的关键是研究光纤纤芯表面湿度敏感膜的制备方法，由于可选择的湿敏性高分子材料种类有限，检测范围又与高分子材料的特性有关，因此湿度敏感膜的选取具有一定的难度。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计制备一种利用光纤载体的结构特征经过化学和物理处理方法制备光纤湿度传感器敏感膜，该敏感膜可以用于远程检测湿度。本发明以常见高分子材料为载体，采用物理包埋的方法将小分子湿敏指示剂固定在光纤纤芯表面，所制备的湿度敏感膜对相对湿度的变化具有良好的响应特性。
光纤pH传感器敏感膜的制备方法，步骤如下：
1.取市售通讯光纤30-50cm，内外芯径尺寸为62.5/125μm，其内部结构为纤芯外制有包层，包层外有涂敷层，涂敷层外制有护套。
2.用刀片分别切去光纤护套和涂敷层，切去长度为2-6cm。
3.将裸露的包层和纤芯部分用5％-40％氢氟酸腐蚀，以去除包层。方法是：在氢氟酸溶液中腐蚀光纤，用螺旋测微仪(0-25mm量程，分辨率为0.01mm)不断监测纤芯直径，直到达到50-60μm为止，腐蚀时间为30分钟至330分钟。
4.光纤的纤芯是由石英材料制成的，腐蚀后的纤芯用20％-55％的硝酸活化10-60分钟，使纤芯表面形成活化的羟基。
5.采用物理包埋的方法，以聚甲基丙烯酸甲酯为载体，将湿度敏感染料苯酚红固定在光纤纤芯表面。方法是：将5mg聚甲基丙烯酸甲酯和10mg苯酚红加入到1，4-二氧六环中，然后置于20～80℃的水浴中搅拌60分钟，待完全溶解后，冷却至室温，将去掉包层并经活化的光纤浸渍于溶液中30分钟，使其在光纤表面成膜，在浸渍成膜过程中来回拖动光纤，保证膜的均匀性。
本发明与现有技术相比，具有多方面的技术优点，首先将带有湿度敏感膜的光纤放在可调湿度的密闭容器中，记录相对湿度变化过程中光输出功率的变化，光输出功率随着相对湿度的增加而逐渐增大，在相对湿度从25％到90％的过程中，光输出功率由7.13μW变为7.19μW，其变化趋势基本与相对湿度的变化呈线性关系。其次将带有湿度敏感膜的光纤放在可调湿度的密闭容器中，记录相对湿度从43％逐渐增加到93％，然后再逐渐降到43％过程中，光输出功率的变化情况，当相对湿度从43％逐渐增加到93％，然后再逐渐降到43％的过程中，正反两条曲线的变化情况基本重合，这说明该方法制备的光纤湿度传感器具有较好的可逆性。该方法原理可靠，工艺步骤简便，操作制备容易，产品稳定性好，使用寿命长。
具体实施方式：
本发明的具体实施过程和方法可以由下列实施例进一步说明。
实施例：
1.取市售通讯光纤40cm，内外芯径尺寸为62.5/125μm；
2.用刀片切去光纤护套和涂敷层，切去长度为4cm；
3.将裸露的包层和纤芯部分用15％氢氟酸腐蚀，以去除包层。方法是：在氢氟酸溶液中腐蚀光纤，用螺旋测微仪(0-25mm量程，分辨率为0.01mm)不断监测纤芯直径，直到达到60μm为止，腐蚀时间为4小时。
4.光纤的纤芯是由石英材料制成的，腐蚀后的纤芯用5％的硝酸活化5min，使纤芯表面形成活化的羟基。
5.将5mg聚甲基丙烯酸甲酯和10mg苯酚红加入到1，4-二氧六环中，然后置于80℃的水浴中搅拌60分钟，待完全溶解后，冷却至室温，将去掉包层并经活化的光纤浸渍于溶液中30分钟，使其在光纤表面成膜，在浸渍成膜过程中来回拖动光纤，保证膜的均匀性。
所制备的湿度传感器敏感膜经实地使用和技术参数测试均符合设计要求。
Claims (3)
1.一种光纤湿度传感器敏感膜的制备方法，其特征在于先选取内外芯径为62.5/125μm的市售光纤30-50cm，在其一端切去长度为2-6cm的护套和涂敷层；再用氢氟酸腐蚀去除包层；腐蚀后的纤芯用20％-55％的硝酸活化10-60分钟，使纤芯表面形成活化的羟基；然后采用物理包埋方法，以聚甲基丙烯酸甲酯为载体，将湿度敏感染料苯酚红固定在光纤纤芯表面。
2.根据权利要求1所述的光纤湿度传感器敏感膜的制备方法，其特征在于去除包层在氢氟酸溶液中腐蚀光纤，用螺旋测微仪不断监测纤芯直径，直至其达到50-60μm为止，腐蚀时间为30分钟至330分钟。
3.根据权利要求1所述的光纤湿度传感器敏感膜的制备方法，其特征在于将湿度敏感染料苯酚红固定在光纤纤芯表面，方法是将5mg聚甲基丙烯酸甲酯和10mg苯酚红加入到1，4-二氧六环中，然后置于20～80℃的水浴中搅拌60分钟，待完全溶解后，冷却至室温，将去掉包层并经活化的光纤浸渍于溶液中30分钟，使其在光纤表面成膜，在浸渍成膜过程中来回拖动光纤，保证膜的均匀性。
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