[实用新型]一种基于氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器

说明书

本实用新型涉及光纤技术领域，具体涉及氧化石墨烯镀层光纤的制备方法、湿度传感器及其应用。本实用新型的基于氧化石墨烯的光纤湿度传感器，包括：宽带光源、光纤传感头、氧化石墨烯、光谱仪；所述光纤传感头的第一输入端口与宽带光源通过光纤连接，第一输出端口与光谱仪通过光纤连接；所述光纤传感头由三段光纤组成，三段光纤相错位形成马赫‑曾德干涉仪结构，其中第二段光纤位于中间；所述光纤传感头的第二段光纤表面上镀有一层氧化石墨烯镀。本实用新型的传感器具备结构简单、成本低、操作方便、测量范围较大、测量精度高、分辨率高以及应用范围广的优点。

技术领域

本实用新型涉及湿度传感器技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯镀层光纤的制备方法、基于该氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器及采用该湿度传感器测量湿度的方法。

背景技术

湿度作为一个重要的物理量，与人类生活和国民生产息息相关。一方面，环境湿度对人类的健康影响很大。另一方面，在工农业生产、气象、环保、生命、航天、国防等领域，也需要对环境湿度进行检测及控制。正是基于如此广泛的需求，湿度测量方法得以不断的拓展和壮大。常规测量湿度的方法有伸缩法、干湿球法、冷凝露点法、氯化锂露点法、电阻电容法、电解法以及重量法。但是这些常规的测量方法装置都较为复杂，而且灵敏度有限，在较为恶劣的环境下也难以实现湿度的测量。在测量技术日益精密的科学研究中，这种偏差往往会对研究结果造成较大的影响。目前利用光纤来测量湿度可以很好的规避这些问题，例如可以用Mach-Zehnder光纤干涉仪、Michelson光纤干涉仪、Fabry-Perot干涉传感器和光纤Sagnac干涉传感器来对湿度进行测量。

然而，现有测量湿度的光纤仪器存在检测灵敏度较低的问题。

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器及其应用。

为实现上述目的，本实用新型采取以下的技术方案：

本实用新型的基于氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器，包括：宽带光源、光纤传感头、氧化石墨烯、光谱仪；

所述光纤传感头的第一输入端口与宽带光源通过光纤连接，第一输出端口与光谱仪通过光纤连接；光纤传感头内部的马赫-曾德干涉仪中的两束光传输时发生干涉，然后传输到光谱仪；

所述光纤传感头由三段光纤组成，三段光纤相错位形成马赫-曾德干涉仪结构，其中第二段光纤位于中间，第一段光纤和第三段光纤位于第二段光纤两端；

所述光纤传感头的第二段光纤的表面上镀有一层氧化石墨烯。

进一步的，所述光纤湿度传感器还包括计算机，所述计算机与光谱仪输出端通信连接。所述计算机用于接收光谱仪的输出数据并计算折射率和温度。

进一步的，所述光纤传感头内部的马赫-曾德干涉仪结构为光纤尾纤。

进一步的，所述第一段光纤和第三段光纤的中心轴相重合。

进一步的，从成本经济上考虑，三段所述光纤均为普通光纤，光纤尾纤为普通光纤的尾纤。并且可以选择该普通光纤为单模光纤。

进一步的，所述的宽带光源为C波段1520nm-1570nm的光纤宽带光源，各部件连接间的传输光纤均为普通单模光纤。

本实用新型的光纤传感头的第二段光纤的表面上的氧化石墨烯镀层采用以下方法进行镀膜：

步骤1，在室温下依次使用0.5-2mol/L丙酮、0.5-2mol/L盐酸分别清洗光纤表面5-15分钟；

步骤2，用去离子水再清洗一遍后烘干；

步骤3，再把第二段光纤于3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)水溶液浸泡1-3小时；