[实用新型]一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器。 

背景技术

人类的生存和社会活动与湿度密切相关。随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在工农生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同，其性能和技术指标有很大差异。现有的湿度传感器中，电容式、电阻式等点亮湿度传感器，由于测量精度高、响应速度快以及信号易于处理和控制等优势在市场中占据主导地位，但其存在长期稳定性和互换性差的不足以及湿滞、漂移、抗干扰能力差等特点，在核工业、电力传输等领域受到限制，因此也无法满足现代科学发展的需要。 

光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、抗腐蚀等特点，属于非接触、非破坏性测量。将光纤传感技术与湿度测量相结合，大大拓宽了湿度传感器的应用领域。光纤湿度传感器相对于传统湿度传感器具有许多优势，如制作工艺简单、体积小、稳定性好、抗腐蚀、不受电磁干扰，适用于各种恶劣的环境等。目前基于光纤的各种湿度传感器已得到广泛研究，如基于布拉格光纤光栅(FBG)的湿度传感器，基于长周期光纤光栅(LPG)的湿度传感器以及基于新型光子晶体光纤(PCF)的湿度传感器。新型光子晶体光纤较普通光纤相比价格昂贵，并且需要特殊的熔接仪器，因此大大增加了生产成本。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本低廉、结构简单、灵敏度高的一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器的技术方案。 

所述的一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器，其特征在于包括宽带光源、入射多模光纤、单模光纤、出射多模光纤、湿敏材料、光谱仪，所述的单模光纤的一端与入射多模光纤无偏心熔接，另一端与出射多模光纤无偏心熔接，入射多模光纤的另一端与宽带光源相连，出射多模光纤的另一端与光谱仪相连，所述的湿敏材料涂覆于单模光纤表面。 

所述的一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器，其特征在于所述的入射多模光纤和出射多模光纤的纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm。 

所述的一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器，其特征在于所述的单模光纤的纤芯直径为8μm，包层直径为125μm，长度为25mm。 

本实用新型的有益效果：利用多模光纤单模光纤多模光纤结构，使湿度传感器具有抗电磁干扰性等特点，仅使用多模光纤和湿度敏感材料作为传感部分，使传感器结构紧凑简单、体积小、成本低。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进一步说明： 

如图1所示，一种基于多模干涉MSM结构的湿度传感器，包括宽带光源1、入射多模光纤2、单模光纤3、出射多模光纤4、湿敏材料5和光谱仪6，所述单模光纤3的两端分别与入射多模光纤2和出射多模光纤4无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的湿敏材料5涂覆于单模光纤3表面，所述的入射多 模光纤2的另一端与自发辐射宽带光源1相连，出射多模光纤4的另一端与光谱仪6相连。 

本实用新型装置的工作方式为：宽带光源发出的光传输到入射多模光纤中，不同模式的光在多模光纤纤芯中传输，当多模光纤中的光耦合进单模光纤时，由于模式不匹配，一部分光耦合进单模光纤纤芯中作为芯模传输，另一部分在单模光纤包层作为包层模传输，当这两部分同时耦合进多模光纤时，在多模光纤中发生多模干涉。当在单模光纤包层表面涂覆一层湿度敏感材料，外界湿度变化时，湿敏材料的折射率发生变化，从而使得单模光纤包层模传输特性发生变化，从而使的输出多模光纤中的模式干涉发生变化，最终使得输出的干涉光谱发生变化。利用光谱仪检测传输光谱的干涉波长漂移，即可得到周围环境的湿度大小。 

本实用新型能过实现湿度折射率测量的关键为：所使用的单模光纤可以将多模光纤中的光分成芯模和包层模两部分传输，同时由于在单模光纤包层传输的模收到表面湿敏材料折射率的影响，当外界湿度的变化会影响包层模的等效折射率，使得耦合到多模光纤的模式干涉发生变化。 

本实施例中，选用的单模光纤纤芯直径为8μm，包层直径为125μm，长度为25mm，多模光纤纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm。单模光纤的表面涂覆高分子湿敏材料，在相对湿度从20％到90％变化工程中，湿度敏感材料的折射率相应从1.44变化到1.35。