一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統，光纖溫濕度傳感器主要由單模光纖、四葉草微結構光纖、紫外固化膠層三部分組成；四葉草微結構光纖一端與單模光纖熔接，熔接處形成第一反射面；四葉草微結構光纖另一端通過點膠并固化的方式制備紫外固化膠層，四葉草微結構光纖與紫外固化膠層之間形成第二反射面，紫外固化膠層與外界空氣之間形成第三反射面，由三個反射面形成三個F?P腔結構；本實用新型具備集成度高，測量準確，靈敏度，響應速度快，抗電磁干擾等特點，不僅適于單點溫濕度測量，也可實現多點準分布式溫濕度監控。
【專利說明】
一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于光纖傳感領域，特別涉及一種基于微結構光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器以及基于該光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統。
【背景技術】
[0002]近年來，光纖傳感技術的飛速發展得到了越來越廣泛的關注，與傳統的電學傳感器相比，光纖傳感器的靈敏度、動態測量范圍、響應時間等傳感參數都有很大的提升，且本身體積小重量輕，抗電磁干擾，易實現低成本遠距離準分布式傳感，因而廣泛應用于農業倉儲、機械制造、醫藥生產、航空航天和國防科技等領域。其中環境濕度，作為生產生活中最基本且重要的傳感參量，對其進行精確解調已成為光纖傳感研究領域的熱點之一。
[0003]基于不同的結構，人們提出了多種光纖濕度傳感器方案，如Sens.Actuators BChem.147 ,385-391 (2010)和IEEE Sensors J，13(5) ,2026-2031 (2013)這兩篇文章所提出的，基于光纖干涉儀結構結合濕度膜材料的傳感器設計方案，濕度膜材料折射率的變化，弓丨起干涉儀干涉波長的漂移，從而解調出濕度信息；又如Appl.0pt.52(1), 90-95(2012)和IEEE Photon.Tech.Lett.21(7) ,441-443(2009)所提出的分別基于濕度膜修飾的長周期光柵和傾斜光柵結構的濕度傳感器，濕度膜材料折射率的變化，引起長周期光柵波長的漂移或者是傾斜光柵包層諧振模式的能量衰減，從而解調出濕度信息。但這些方案都基于透射光譜，同時存在較大的溫度或者應力交叉敏感問題，限制了實際的應用領域，特別是分布式傳感的可行性。另一方面，由于相對濕度是溫度的函數，溫度的改變會對濕度值產生較大影響，在實際應用場合，同時給出溫度和濕度信息才有意義。因此實現對環境溫度和濕度的同時測量，并易于分布式組網的光纖傳感器方案顯得尤為重要。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供了一種光纖溫濕度傳感器及光纖溫濕度傳感系統。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:一種光纖溫濕度傳感器，它由單模光纖、四葉草微結構光纖和紫外固化膠層組成；四葉草微結構光纖一端與單模光纖熔接，熔接處形成第一反射面；四葉草微結構光纖另一端固定紫外固化膠層，四葉草微結構光纖與紫外固化膠層之間形成第二反射面，紫外固化膠層與外界空氣之間形成第三反射面，由三個反射面形成三個F-P腔結構;所述四葉草微結構光纖外徑為125微米，光纖纖芯的內徑為11微米，光纖纖芯的周圍對稱開有四個圓心角為85度，半徑為64微米的扇形空氣孔。
[0006]—種含有上述光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統，還包括寬譜光源、光譜儀、光纖耦合器、數據采集處理器和溫濕度控制箱;光纖耦合器的兩個分路端分別與寬譜光源和光譜儀進行連接，光纖耦合器的合路端與光纖溫濕度傳感器相連，光纖溫濕度傳感器置于溫濕度控制箱中；數據采集處理器與光譜儀相連。
[0007]本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果:
[0008]1、本實用新型提出的基于微結構光纖和紫外固化膠的溫濕度傳感器是光纖反射式結構，具有結構緊湊、體積小、抗電磁干擾等特點，尤其在大范圍、遠距離、惡劣環境下易于實現多點準分布式光纖傳感。
[0009]2、本實用新型提出的溫濕度解調方法是基于頻率信息進行的，通過對光譜進行傅里葉變換得到相位信息，實現溫濕度傳感信息解調。與傳統的光譜波長、強度等解調方法相比，具有更高的靈敏度，且對干涉式的準分布式傳感而言，多個傳感頭的反射信息疊加后形成的光譜雜亂，很難提取波長、強度變化信息，而在頻域中進行分析時，不同腔長對應的特征頻率可以很容易分開和提取，方便傳感信息的解調，優勢明顯。
[0010]3、由于相對濕度是溫度的函數，實際應用場合要給出某個溫度下的濕度信息才有意義。本實用新型提出的基于微結構光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器是雙F-P腔結構，可以同時解調溫度和濕度信息，從而可以滿足實際應用層面對濕度的精確傳感要求。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型中所使用的四葉草微結構光纖截面示意圖；
[0012]圖2是本實用新型的光纖溫濕度傳感器的結構示意圖；
[0013]圖3是本實用新型的光纖溫濕度傳感系統示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0015]附圖1給出了本實用新型中所用的四葉草微結構光纖截面示意圖。此種光纖的外徑與普通單模光纖相同，均為125微米，光纖纖芯的內徑為11微米。由于纖芯4的周圍對稱分布著四個圓心角85度，半徑64微米的扇形空氣孔5，因此命名此種特殊的微結構光纖為四葉草微結構光纖。
[0016]附圖2給出了本實用新型的基于四葉草微結構光纖和紫外固化膠的光纖溫濕度傳感器的結構示意圖，它主要由單模光纖1、四葉草微結構光纖2、紫外固化膠層3三部分組成。單模光纖I和四葉草光纖2利用光纖熔接機進行熔接，由于四葉草微結構光纖纖芯4的直徑為11微米，與單模光纖芯層直徑失配，因此此處形成一個第一反射面6。顯微鏡下，通過點膠的方式在四葉草微結構光纖2后端制備紫外固化膠層3，并在紫外固化燈下進行固化，形成四葉草微結構光纖2與紫外固化膠層3之間的第二反射面7，以及紫外固化膠層3與空氣之間的第三反射面8。由三個反射面6，7，8形成的三個F-P腔結構，最終構成本實用新型的光纖F-P型溫濕度傳感器。
[0017]如附圖3所示，利用上述光纖溫濕度傳感器13的溫濕度傳感系統包括寬譜光源10、光纖耦合器12、光譜儀11、數據采集處理器15以及溫濕度控制箱14。首先將光纖耦合器12的兩個分路端12-1，12-2分別與寬譜光源10和光譜儀11進行連接，再將光纖耦合器12的合路端12-3與光纖溫濕度傳感器13相連，最后將光纖溫濕度傳感器13放入溫濕度控制箱14中，進行溫濕度測試，再將光譜儀11接收到的光譜信息傳輸到數據采集處理器15中進行數據分析。
[0018]本實用新型提出的基于微結構光纖和紫外固化膠的溫濕度傳感器是光纖反射式結構，具有結構緊湊、體積小、抗電磁干擾等特點，尤其在大范圍、遠距離、惡劣環境下易于實現多點準分布式光纖傳感。
【主權項】
1.一種光纖溫濕度傳感器，其特征在于，它由單模光纖(I)、四葉草微結構光纖(2)和紫外固化膠層(3)組成;所述四葉草微結構光纖(2)—端與單模光纖(I)熔接，熔接處形成第一反射面(6);四葉草微結構光纖(2)另一端固定紫外固化膠層(3)，四葉草微結構光纖(2)與紫外固化膠層(3)之間形成第二反射面(7)，紫外固化膠層(3)與外界空氣之間形成第三反射面(8)，由三個反射面(6，7，8)形成三個F-P腔結構;所述四葉草微結構光纖外徑為125微米，光纖纖芯的內徑為11微米，光纖纖芯的周圍對稱開有四個圓心角為85度，半徑為64微米的扇形空氣孔(5)。2.—種含有權利要求1所述光纖溫濕度傳感器的光纖溫濕度傳感系統，其特征在于，還包括寬譜光源(10)、光譜儀(11)、光纖耦合器(12)、數據采集處理器(15)和溫濕度控制箱(14)；光纖耦合器(12)的兩個分路端(12-1,12-2)分別與寬譜光源(10)和光譜儀(11)連接，光纖耦合器(12)的合路端(12-3)與光纖溫濕度傳感器(13)相連，光纖溫濕度傳感器(13)置于溫濕度控制箱(14)中；數據采集處理器(15)與光譜儀(11)相連。
【文檔編號】G01D21/02GK205607440SQ201620366269
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】嚴國鋒, 王成梁, 何賽靈
【申請人】浙江大學