一种基于明胶材料光纤双F-P腔的湿度传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于明胶材料光纤双F

【技术实现步骤摘要】
一种基于明胶材料光纤双F
‑
P腔的湿度传感器


[0001]本技术涉及光纤传感领域，具体涉及一种基于明胶材料光纤双F
‑
P腔的湿度传感器。

技术介绍

[0002]相对湿度(RH)是影响人类健康和生活的主要因素之一，在航空航天、电力、军事、烟草、植物生长、文物保护、化学试剂储存和疾病预防等领域有着不可忽视的重要作用。近年来，光纤传感器因体积小，抗电磁干扰，高灵敏度等优点被广泛用于传感领域。光纤湿度传感器通常是基于湿敏材料制作而成，例如在光纤光栅、光纤干涉仪、D型光纤、微纳光纤等结构上涂覆聚合物湿度敏感材料。在众多光纤湿度传感器中，基于光纤干涉仪的光纤湿度传感器具有灵敏度高、结构简单等优点，因此获得重点关注，不同的光纤干涉测量结构如迈克尔逊干涉仪(MichelsonInterferometer，MI)、马赫
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曾德尔干涉(Mach
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ZehnderInterferometer，MZI)、法布里
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珀罗干涉(Fabry
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PerotInterferometer，FPI)和萨格纳克干涉等，能适用于各种不同的需求。
[0003]但是现有的光纤湿度传感器还存在一些问题，大多数传感方案选用特种光纤制备光纤湿度传感器，而特种光纤成本较高，制备过程中操作复杂；采用石墨烯、氧化石墨烯等作为湿敏材料，不仅成本较高，还容易变质，制备得到的传感器不易保存，难以达到工业上的使用年限要求。

技术实现思路

[0004]本技术提供一种基于明胶材料光纤双F
‑
P腔的湿度传感器，该湿度传感器的利用材料和游标效应同时增敏，使其具有了较高的湿度灵敏度。
[0005]第一方面，本技术提供一种基于明胶材料的光纤湿度传感器，包括：
[0006]第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤；其中所述第一单模光纤、第二单模光纤和所述第三单模光纤分别通过陶瓷插芯固定；所述第一单模光纤与所述第二单模光纤之间设有空气腔；所述第二单模光纤与所述第三单模光纤之间设有传感腔，且所述传感腔内填充有明胶。
[0007]可选地，所述第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤，均包括第一纤芯和第一包层；所述第一纤芯的直径为9μm，所述第一包层的直径为125μm。
[0008]可选地，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间通过第一套管固定，所述第二单模光纤和所述第三单模光纤之间通过第二套管固定；所述第一套管和第二套管的内径为2.493mm。
[0009]可选地，所述空气腔、传感腔的腔长分别为200
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250μm、100
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120μm，所述空气腔、传感腔的腔长之差为70～90μm。
[0010]利用本技术提供的一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的的光纤湿度传感器，具有以下有益效果：
[0011]本技术提供的一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的光纤湿度传感器，利用双F
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P腔结构实现游标效应，增强干涉效果。采用对湿度极其敏感的明胶材料作为构成F
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P腔的媒介，通过外界湿度影响F
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P腔的长度或腔内介质的折射率来改变光程差，然后通过监测波长变化来实现相对湿度测量。具体的，当外界湿度变化时，明胶膜厚度会发生变化。当明胶干燥时，其折射率约为1.5。但是当水蒸气被明胶吸收，其会膨胀折射率会降低，折射率为1.33，基于此特性来达到增加传感器湿度灵敏度的目的。并且，明胶薄膜具有较高的透光率，易于光的传输。实验结果表明该传感器的湿度灵敏度较高。该传感器具有结构新颖紧凑、灵敏度高的优势，可广泛应用于现代工业自动化领域。
附图说明
[0012]图1为本申请实施例提供的一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的湿度传感器；
[0013]图2为本申请另一实施例提供的一种基于明胶材料光纤双F
‑
P腔的湿度传感器；
[0014]其中，1、第一单模光纤，2、第二单模光纤，3、第三单模光纤，4、陶瓷插芯，5、纤芯，6、包层，7、U型槽套管，8、空气腔，9、传感腔，10、明胶。
具体实施方式
[0015]为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0016]本技术实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0017]本技术实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本技术实施例的技术方案，并不构成对于本技术实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0018]光纤湿度传感器具有重量轻、体积小、无电磁干扰和灵敏度较高的优点，能满足大部分需求。目前，光纤湿度传感器通常是基于湿敏材料制作而成，例如在光纤光栅、光纤干涉仪、D型光纤、微纳光纤等结构上涂覆聚合物湿度敏感材料，能适用于各种不同的需求。但是现有的光纤湿度传感器还存在一些问题，大多数传感方案选用特种光纤制备光纤湿度传感器，而特种光纤成本较高，制备过程中操作复杂；采用石墨烯、氧化石墨烯等作为湿敏材料，不仅成本较高，还容易变质，制备得到的传感器不易保存，难以达到工业上的使用年限要求。
[0019]针对上述问题，本申请提供一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的湿度传感器。通过在第一、二单模光纤之间形成空气腔8，在第二、三单模光纤之间填充明胶材料形成传感腔9，以得到双F
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P腔结构湿度传感器。利用双F
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P腔结构实现游标效应，增强干涉效果。采用对湿度极其敏感的明胶材料作为构成F
‑
P腔的媒介，通过外界湿度影响F
‑
P腔的长度或腔内介质的折射率来改变光程差，然后通过监测波长变化来实现相对湿度测量。具体的，当外界湿度
变化时，明胶膜厚度会发生变化。当明胶干燥时，其折射率约为1.5。但是当水蒸气被明胶吸收，其会膨胀折射率会降低，折射率为1.33，基于此特性来达到增加传感器湿度灵敏度的目的。并且，明胶薄膜具有较高的透光率，易于光的传输。实验结果表明该传感器的湿度灵敏度较高。
[0020]如图1所示，为本申请实施例提供的一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的湿度传感器，包括：
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的湿度传感器，其特征在于，包括：第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤；其中，所述第一单模光纤、第二单模光纤和所述第三单模光纤分别通过陶瓷插芯固定；所述第一单模光纤与所述第二单模光纤之间设有空气腔；所述第二单模光纤与所述第三单模光纤之间设有传感腔，且所述传感腔内填充有明胶。2.根据权利要求1所述的一种基于明胶材料光纤双F
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P腔的湿度传感器，其特征在于，所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间通过第一套管固定，所述第二单模光纤和所述第三单模光纤之间通过第二套管固定。3.根据权利要求1所述的一种基于明胶材料光纤双F
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【专利技术属性】
技术研发人员：付兴虎，李佳琦，付子珍，金娃，付广伟，毕卫红，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：