CN215261806U - 一种基于空芯光纤的arrow型光纤气压湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于空芯光纤的ARROW型气压湿度复合传感器，由G652D型单模光纤和空芯光纤依次连接，湿敏薄膜涂敷在空芯光纤的表面，并在空芯光纤的包层刻蚀一条直径为6μm～8μm的微通道,使得空芯光纤内部与外界环境相通。当外界的湿度发生改变时，空芯光纤的表面薄膜吸水膨胀或失水皱缩，折射率和体积同时变化，导致该器件的谐振波长发生漂移；当外界的气压发生改变时，空芯光纤的内外部折射率也随之改变，导致该器件的谐振波长发生漂移。当利用光谱仪监测输出光谱时，通过光谱的漂移量解调出气压和湿度的变化量，从而达到检测气压和湿度的目的。该装置具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，能适用于实际生产生活的环境气压湿度检测。
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芯光纤的ARROW 型光纤气压湿度复合传感器。
背景技术
气压传感是光纤器件在工业和环境监测领域的重要应用之一。在过去的几十年里，各种各样的气压传感器层出不穷。光纤气压传感器由于具有体积小，高灵敏度，抗电磁干扰等优点已经广泛的应用于多许多场景；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。气压和湿度两种参量同时测量的传感系统就具有很多重要的意义，是未来智能小型设备以及气象站环境监测等的理想选择。而且相比较于传统的电磁传感系统有更长的寿命，稳定性更高。目前我国极少数使用气压湿度一体化光纤传感器，因此气压湿度一体化光纤传感器的研制和改进成为了迫切的任务。
与传统的传感器相比，光纤传感器具有高灵敏度、高精度、体积小、可重复使用、防电磁辐射等优点。更适合在高湿高压、易燃易爆等恶劣环境下对湿度和气压进行测量。目前已经有的各种结构的光纤气压传感器，例如，基于光纤光栅的气压湿度传感器，具有结构简单、易制备的特点，但是在实际的监测中灵敏度较低；基于马赫曾德尔干涉(MZI)和萨格奈克干涉(SI)的光纤气压湿度复合传感器通常需要精确的制造操作和相对复杂的结构，也限制了其批量生产和实际应用。综上，当前种类繁多的光纤气压湿度复合传感器或多或少的存在测量灵敏度与环境干扰、制备成本、器件稳定性间的矛盾，探索具备高灵敏度、低成本、制备简单、稳定可靠的光纤气压湿度传感器具有重要的现实意义。
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芯光纤的 ARROW型光纤气压湿度复合传感器，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：一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度复合传感器，其特征在于：由G652D型单模光纤、空芯光纤和湿敏薄膜三部分组成，单模光纤和空芯光纤依次相连，湿敏薄膜涂覆在空芯光纤的表面。单模光纤采用的是G652D型，空芯光纤的内径为60～75μm,其长度为5～10mm。所选用的湿敏薄膜为琼脂糖凝胶薄膜，其厚度为3～5μm，涂敷在空芯光纤侧面。并在空芯光纤的包层刻蚀一条直径为6～8um的微通道。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本传感器结构简单、制作成本低，只需进行简单的熔接和蚀刻操作，无错位熔接和拉锥等工艺。
2、本传感器的空芯光纤涂覆的琼脂糖凝胶薄膜紧贴于空芯光纤表面，其稳定性和灵敏度远高于悬浮式薄膜的气压湿度复合传感器。
3、本传感器基于反谐振反射光波导机制，结构紧凑，灵敏度高。
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是本实用新型的一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度复合传感器结构示意图；
图2是本实用新型的一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度复合传感器特征装置示意图；
图中：1、G652D型单模光纤，2、空芯光纤，3、微通道，4、G652D型单模光纤,5、琼脂糖凝胶薄膜，6、宽带光源，7、恒温湿度箱，8、光纤光谱仪，9、传感结构
具体实施方式
图1为该实用新型气压湿度复合传感器的结构示意图；该方法包括如下具体步骤：第一步，取一段内径为75μm的空芯光纤(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芯光纤和G652D型单模光纤(1)；第二步，空芯光纤的另一端与G652D型单模光纤(4)继续熔接，其中空芯光纤(2)的长度为 5mm～10mm；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芯光纤 (2)在2％的琼脂糖溶液中进行涂覆约5s，在空芯光纤(2)的表面形成一层琼脂糖凝胶薄膜(5)；第五步，将第四步完成的空芯光纤(2)作为湿度传感头放在恒温实验箱(7)，温度25℃保持1小时使空芯光纤(2)侧面的水分蒸发。第六步，使用飞秒激光将空芯光纤表面琼脂糖凝胶(5)及包层击穿，形成一个直径为6μm～8μm的微通道(3)空隙与外界相通，达到气压传感的目的。
应用时，将该传感结构(9)置于待测湿压环境中。当外界的湿度发生改变时，空芯光纤(2)表面的琼脂糖凝胶薄膜(5)具有吸湿性，可以吸水膨胀和失水皱缩，折射率和体积同时发生变化，进而改变了干涉光的光程差，导致该器件的谐振波长发生漂移；而当外界的气压发生改变时，空芯光纤(2)的内外部折射率也随之改变，从而引起该传感器的谐振波长发生漂移。当利用光纤光谱分析仪(8)监测输出光谱时，可通过光谱的漂移量解调出气压和湿度的变化量，从而达到检测气压和湿度的目的。
Claims (4)
1.一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度传感器，包括单模光纤、空芯光纤和湿敏薄膜三部分，其特征在于：单模光纤和空芯光纤依次相连，湿敏薄膜涂覆在空芯光纤的侧面。
2.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度传感器，其特征在于：单模光纤采用的是G652D型，空芯光纤的内径为60～75μm,其长度为5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度传感器，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，涂敷在空芯光纤侧面。
4.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤的ARROW型光纤气压湿度传感器，其特征在于：在空芯光纤的包层刻蚀一条直径为6μm～8μm的微通道，使得空芯光纤内部与外界环境相通，保持气压一致。
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| CN202121616921.2U CN215261806U (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 一种基于空芯光纤的arrow型光纤气压湿度传感器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114486766A (zh) * | 2022-02-09 | 2022-05-13 | 深圳大学 | 一种自带温度标定的光纤湿度传感器 |
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2021
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| WO2023151112A1 (zh) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 深圳大学 | 一种自带温度标定的光纤湿度传感器 |
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