CN205067340U - 一种检测环境湿度的传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种检测环境湿度的传感系统，所述系统主要由宽带光源、输入光纤、耦合器、测试光纤、输出光纤、光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入光纤入射到耦合器后分为两路，其中一路为输出光纤，另一路为已修饰上聚乙烯醇的测试光纤，当环境湿度发生改变时会使聚乙烯醇的折射率发生改变，进而会使反射光衰减峰波长值发生改变，反射光会依次经测试光纤、耦合器和输出光纤入射到光谱仪，拟合计算出谐振波长值与环境湿度的关系，因此通过检测反射光衰减峰波长值可以实现对环境湿度的测定。该光纤传感系统具有结构简单、测量方便、灵敏度高等优点。

Description

一种检测环境湿度的传感系统

技术领域

本实用新型涉及环境湿度检测技术、光纤传感技术，利用的是对外界环境湿度敏感的聚乙烯醇以及不同环境湿度会使反射光衰减峰波长值发生改变的方法，具有结构简单、体积小、灵敏度高、直接实时等诸多优点，它属于光纤传感领域。

背景技术

环境湿度是影响粮食储存、蔬菜保鲜、海鲜产品运输等一个重要的因素，目前一般依靠简易仪器或者人工经验等传统的检测方法，不仅没有统一的标准，而且需要花费一定的财力、物力，不能达到随时检测和科学检测的目的。某些特定场合运用高科技的检测仪器和设备，进行环境湿度的监测，但是由于购买价格昂贵、操作复杂、维修费用高等因素，又限制了其应用场合。这些缺点影响到对环境湿度的有效检测。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述产生的问题，满足人们的需求，提出一种环境湿度的检测传感系统，该系统结构简单、设计合理，成本低廉、直接实时、结果有效准确。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：由宽带光源、输入光纤、耦合器、测试光纤、输出光纤、光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入光纤入射到耦合器后分为两路，其中一路为输出光纤，另一路为已修饰上聚乙烯醇的测试光纤，当环境湿度发生改变时会使聚乙烯醇的折射率发生改变，进而会使反射光衰减峰波长值发生改变，反射光会依次经测试光纤、耦合器和输出光纤入射到光谱仪，因此通过检测反射光衰减峰波长值可以实现对环境湿度的测定。

本实用新型所述的输入光纤、输出光纤均为多模光纤，纤芯直径是61.5μm，包层直径是125μm。

本实用新型所述的测试光纤是由多模光纤、光子晶体光纤、圆头光纤构成，其中多模光纤的纤芯直径是61.5μm，包层直径是125μm，光子晶体光纤的纤芯直径是105μm，包层直径是125μm。

本实用新型所述的测试光纤端面修饰上一层浓度为5％的聚乙烯醇，作为检测环境湿度的敏感材料。

本实用新型所述的测试光纤反射谱干涉满足

$I=I_1+I_2+2\sqrt{I_1{I}_2}cos\[\frac{2\mathrm{\π}(n_{co}^{eff}-n_{cl,j}^{eff})}{\mathrm{\λ}}L\]$

其中中I₁和I₂分别表示光纤纤芯模和包层模的光强，λ表示空气中的自由空间光波长，L表示光纤的长度，分别表示为纤芯模和第j阶包层模的有效折射率，与入射波长有关但不随外界环境湿度的改变而改变，为光纤包层中第j阶模式的有效折射率，跟入射波长和外界环境湿度都有关。当外界环境的湿度发生变化时，会直接改变从而使光谱图上的波形发生变化，从光谱图上看到的则是干涉波长的移动，通过检测衰减峰波长值就可以达到测定外界环境湿度的目的。

本实用新型所具有的特点优势为：1.所有仪器材料都很普遍，系统结构简单；2.对外界环境湿度的测定直接实时，且操作简单；3.所有操作都没涉及危险药品，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2为本实用新型的测试光纤实验原理图

图3为本实用新型不同环境湿度下的反射光谱图

具体实施方式

本实用新型适用的温湿度条件为：＞15℃，0-90％RH。

如图1所示，它是一种检测环境湿度系统。

从宽带光源(1)发出的光经输入光纤(2)入射到耦合器(3)后分为两路，其中一路为输出光纤(5)，另一路为已修饰上浓度为5％的聚乙烯醇的测试光纤(4)，当环境湿度发生改变时会使聚乙烯醇的折射率发生改变，进而会使反射光衰减峰波长值发生改变，反射光会依次经测试光纤(4)、耦合器(3)和输出光纤(5)入射到光谱仪(6)，因此通过检测反射光衰减峰波长值大小，拟合计算出反射光衰减峰波长值与环境湿度的关系，从而达到检测环境湿度的目的。

如图2所示，为测试光纤实验原理图，测试光纤主要由多模光纤(7)、光子晶体光纤(8)、圆头光纤(9)构成；在圆头光纤的表面修饰上浓度为5％的聚乙烯醇(10)，作为检测环境湿度的敏感材料；随着外界环境湿度的变化，聚乙烯醇的折射率也会发生改变，进而引起测试光纤包层和纤芯的有效折射率发生变化，从而使干涉光谱发生变化。

如图3所示，为不同环境湿度下的反射光谱图。此处仅以三个湿度10％RH、20％RH、30％RH为例，随着外界环境湿度的增加，反射光衰减峰对应的波长值变大，产生明显的红移的现象，因此通过检测反射光衰减峰波长值就可以实现对环境湿度的测定。

本领域技术人员清楚地知道，根据本实用新型的方法，可以对粮仓、超市、生产车间等等某些具体的场合进行应用监测，宽带光源、测试光纤、耦合器和光谱仪可以进行新的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本实用新型的保护范围并不局限于以上实施例。

Claims (4)

1.一种检测环境湿度的传感系统，其特征是：由宽带光源(1)、输入光纤(2)、耦合器(3)、测试光纤(4)、输出光纤(5)、光谱仪(6)构成；从宽带光源(1)发出的光经输入光纤(2)入射到耦合器(3)后分为两路，其中一路为输出光纤(5)，另一路为已修饰上聚乙烯醇的测试光纤(4)，当环境湿度发生改变时会使聚乙烯醇的折射率发生改变，进而会使反射光衰减峰波长值发生改变，反射光会依次经测试光纤(4)、耦合器(3)和输出光纤(5)入射到光谱仪(6)，因此通过检测反射光衰减峰波长值可以实现对环境湿度的测定。

2.根据权利要求1所述的一种检测环境湿度的传感系统，其特征是：所述输入光纤(2)、输出光纤(5)均为多模光纤，纤芯直径是61.5μm，包层直径是125μm。

3.根据权利要求1所述的一种检测环境湿度的传感系统，其特征是：所述测试光纤(4)是由多模光纤(7)、光子晶体光纤(8)、圆头光纤(9)构成，其中多模光纤(7)的纤芯直径是61.5μm，包层直径是125μm，光子晶体光纤(8)的纤芯直径是105μm，包层直径是125μm。

4.根据权利要求1所述的一种检测环境湿度的传感系统，其特征是：所述测试光纤(4)的端面修饰上一层浓度为5％的聚乙烯醇(10)，作为检测环境湿度的敏感材料。