CN213456655U - 一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 - Google Patents
一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN213456655U CN213456655U CN202022253085.8U CN202022253085U CN213456655U CN 213456655 U CN213456655 U CN 213456655U CN 202022253085 U CN202022253085 U CN 202022253085U CN 213456655 U CN213456655 U CN 213456655U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- humidity
- hollow
- hollow optical
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 claims description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract 1
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，由宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪、单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶环状薄膜组成。空心光纤与单模光纤熔接形成法布里‑珀罗干涉仪，空心光纤端面涂覆的琼脂糖凝胶环状薄膜吸附或释放水分子，薄膜的折射率和体积同时发生变化，导致传感器反射光谱发生漂移。应用时，将传感器置于恒温湿度箱中，通过光纤光谱仪记录传感器的反射光谱漂移即可解调出环境相对湿度的变化。本发明具有灵敏度高、测量准确、制备简单和结构坚固等优点，可应用于湿度的高精度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域,具体涉及一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器。
背景技术
湿度的精确测量和控制在农业发展、工业制造、气象预测和文物保存等方面发挥着重要的作用。由于多方面的需求，使得湿度的监测具有很高的经济价值和社会价值。电学湿度传感器在恶劣的环境下长期使用容易腐蚀，且无法抗电磁干扰等诸多不便。由于光纤具有耐腐蚀、抗电磁干扰的特性，所以光纤与湿敏薄膜结合制成的光纤湿度传感器可以满足在一些极端的环境下的测量需求。
目前已经提出了各种结构的光纤湿度传感器。例如，基于光纤光栅湿度传感器，具有结构简单、易制备的特点，但是在实际的监测中灵敏度低，而且对温度也比较敏感。基于消逝波光纤湿度传感器，都需要对光纤进行微加工，使其变得更加脆弱，导致其稳定性降低。基于干涉型光纤湿度传感器，它的传感机理简单，制备简单和成本低的特点，但是有些干涉型的湿度传感器湿敏薄膜处于悬浮的状态，易受到震动的干扰。所以，现在光纤湿度传感器的发展仍有许多问题亟待解决。
发明内容
为解决上述现有技术上的不足，本实用新型提供一种基于空心光纤干涉式探针型光纤湿度传感器，具有灵敏度高、制作简单且结构坚固等优点。
本实用新型采用的技术方案：一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，包括宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪和传感头，其特征在于：所述传感头有单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶薄膜组成，其中空心光纤的长度为20～25μm，内径为4μm。并在空心光纤的端面涂覆一层琼脂糖凝胶薄膜，使用飞秒激光将空心光纤内径4μm处的薄膜击穿，在空心光纤端面形成一层稳固的琼脂糖凝胶环状薄膜，其薄膜内环直径为4μm，厚度为3～5μm。其中所述单模光纤为G652D型。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本传感器的制备只涉及到单模光纤、空心光纤和琼脂糖凝胶薄膜，其制作成本低廉、工艺简单、且传感器结构紧凑坚固。
2、本传感器的传感头端面涂覆的琼脂糖凝胶薄膜为环状结构，其稳定性和灵敏度远高于悬浮式薄膜的湿度传感器。
3、传感器结构紧凑、尺寸小，且结构稳定坚固。
附图说明
下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
图1是单模-空心光纤-琼脂糖凝胶薄膜传感头的结构示意图；
图2是本实用新型的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器特征装置示意图；
图3是本实用新型的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器处于不同湿度下的干涉波谷漂移变化图；
图4是本实用新型的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器干涉波谷漂移变化拟合曲线图。
图中：1、G652D型单模光纤，2、空心光纤，3、琼脂糖凝胶环状薄膜，4、宽带光源，5、环形器，6、恒温湿度箱，7、传感头，8、光纤光谱仪
具体实施方式
图1为该实用新型湿度传感头的结构示意图；该方法包括如下具体步骤：第一步，取一段内径为4μm的空心光纤2，剥除涂覆层，使用光纤熔接机并选择合适的放电量熔接该空心光纤2和G652D型单模光纤1；第二步，将空心光纤2 的大部分剪掉，使得空心光纤2的长度保持在15～20μm；第三步，取琼脂糖粉末溶解在沸水中，并用磁力搅拌器搅拌至完全溶解形成2％wt的琼脂糖溶液；第四步，采用垂直点涂法将第一步的空心光纤2在2％的琼脂糖溶液中进行涂覆约 5s，在空心光纤2的端面形成一层琼脂糖凝胶薄膜；第五步，将第四步完成的空心光纤2作为湿度传感头放在恒温实验箱温度25℃保持1小时使空心光纤端面的水分蒸发。第六步，使用飞秒激光将空心光纤2内径4μm处的琼脂糖凝胶薄膜击穿，使空心光纤2端面形成一层稳定的内环直径为4μm的环状琼脂糖凝胶薄膜3。
应用时，将该传感头7置于恒温湿度箱6中，宽带光源4发出的光经环形器 5进入端面镀有传感头7，由于空心光纤2端面的环状琼脂糖凝胶薄膜3具有吸湿性，可以吸水膨胀和失水消肿，使得环状琼脂糖凝胶薄膜3的折射率和体积同时发生变化，进而修改了干涉光的光程差，导致该器件的干涉光谱的谐振波长发生漂移；传感头7反射回来的光经环形器5后被光纤光谱仪8接收，应用光纤光谱仪8测量其输出光谱的变化即可解调出待测湿度的变化；图3是室温条件下 25％～90％的湿度变化范围内，干涉波谷的漂移变化图；随着实验湿度的逐渐增大，干涉波谷向长波长方向移动；图4是本实用新型的干涉波谷漂移随湿度变化的拟合曲线图，在相对湿度为25％-90％的情况下拟合度可以达到0.987，该传感器的灵敏度可达到762pm/％RH。
Claims (4)
1.一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，包括宽带光源、环形器、恒温湿度箱、光纤光谱仪和传感头，其特征在于：所述的传感头由单模光纤、空心光纤和湿敏薄膜组成；单模光纤与空心光纤相连，湿敏薄膜涂覆在空心光纤的端面。
2.根据权利要求1所述的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，其特征在于：单模光纤采用的是G652D型，空心光纤的内径为4μm,其长度为15～20μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，其特征在于：所选用的湿敏薄膜为琼脂糖凝胶薄膜，其厚度为3～5μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器，其特征在于：空心光纤端面为一层环状琼脂糖凝胶薄膜，内环直径为4μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022253085.8U CN213456655U (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022253085.8U CN213456655U (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN213456655U true CN213456655U (zh) | 2021-06-15 |
Family
ID=76290175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202022253085.8U Expired - Fee Related CN213456655U (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN213456655U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113433093A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 哈尔滨工程大学 | 基于微纳光纤多环谐振器的高灵敏度湿度传感器 |
-
2020
- 2020-10-12 CN CN202022253085.8U patent/CN213456655U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113433093A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 哈尔滨工程大学 | 基于微纳光纤多环谐振器的高灵敏度湿度传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Review of no-core optical fiber sensor and applications | |
| Gaston et al. | Evanescent wave optical-fiber sensing (temperature, relative humidity, and pH sensors) | |
| CN101957227B (zh) | 光子晶体光纤液位传感器及其形成的传感系统 | |
| CN100529735C (zh) | 聚合物基复合材料成型过程温度固化度实时同步监测装置 | |
| CN109974758B (zh) | 用于海水温盐深三参数同时测量的光纤传感器及制备方法 | |
| CN109709070B (zh) | 利用复合光纤光栅传感器的折射率和温度双参量测量方法 | |
| CN103162722A (zh) | 微光纤法-珀微腔传感器及制作方法 | |
| CN111337060A (zh) | 一种基于并联结构游标效应的混合型传感器及其制作方法 | |
| CN213456655U (zh) | 一种基于空心光纤的干涉式探针型光纤湿度传感器 | |
| Bian et al. | A novel optical fiber Mach–Zehnder interferometer based on the calcium alginate hydrogel film for humidity sensing | |
| Luo et al. | Relative humidity and temperature sensing characteristics of an optical fiber probe based on hollow-core fiber and calcium alginate hydrogel film | |
| CN111208087B (zh) | 一种基于粗锥的光纤湿度传感器及其工作原理和制备方法 | |
| CN109655176B (zh) | 一种基于空腔填充型微结构光纤干涉仪的高精度温度探头 | |
| CN109142271B (zh) | 一种结合蜘蛛包卵丝的光纤湿度传感器及其制作方法 | |
| CN108982415B (zh) | 一种基于GQDs-PVA填充的FPI级联型光纤湿度传感器及制备方法 | |
| Shi et al. | Hydrophilic modification of cellulose using sulfamic acid for optical fiber humidity sensor fabrication | |
| CN215261806U (zh) | 一种基于空芯光纤的arrow型光纤气压湿度传感器 | |
| CN112179537A (zh) | 一种基于光纤表面波导的法布里-珀罗干涉仪光纤传感器 | |
| CN205607440U (zh) | 一种光纤温湿度传感器及光纤温湿度传感系统 | |
| CN114370894B (zh) | 一种光纤温湿度传感器及其制备方法 | |
| CN214150438U (zh) | 一种光纤湿度传感器及湿度传感器检测装置 | |
| CN109142277B (zh) | 一种结合蜘蛛包卵丝的光纤湿度传感器及制作方法 | |
| CN211179526U (zh) | 一种基于单模光纤探针式的光纤氢气传感器 | |
| Liu et al. | HCPCF-based in-line fiber Fabry-Perot refractometer and high sensitivity signal processing method | |
| CN211825681U (zh) | 一种基于锥形扁平单模光纤内刻写fbg的氢气传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210615 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |