[发明专利]一种波长调制型四锥光纤湿度传感器在审

专利信息
申请号: 201810253978.7 申请日: 2018-03-26
公开(公告)号: CN108398403A 公开(公告)日: 2018-08-14
发明(设计)人: 连延辉;连延钹 申请(专利权)人: 福建硅光通讯科技有限公司
主分类号: G01N21/45 分类号: G01N21/45
代理公司: 泉州市博一专利事务所 35213 代理人: 方传榜
地址: 366199 福建省三明*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 光纤湿度传感器 光纤 波长调制 波长位置 测量 琼脂糖凝胶薄膜 光源和探测器 产品稳定性 琼脂糖凝胶 传输特性 工艺步骤 光纤两端 光学凝胶 结构原理 使用寿命 影响光纤 变化量 干涉峰 光纤锥 光耦合 检测光 灵敏度 相位差 折射率 探测器 涂覆 制备 薄膜 光源 拉长 干涉 检测 积累 保证
【说明书】:

本发明涉及一种波长调制型四锥光纤湿度传感器,包括光源、四锥光纤以及用于检测光的波长位置变化的探测器,所述四锥光纤两端分别与所述光源和探测器连接,所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。本发明检测湿度时,当不同湿度的空气与琼脂糖凝胶接薄膜触后,琼脂糖凝胶薄膜的折射率会发生改变,从而影响光纤中光的传输特性,通过测量干涉峰/谷的波长位置的变化,即可获得周围环境相应的湿度,并且,光纤采用四锥结构积累相位差,增强光耦合时干涉的变化量,在保证测量的灵敏度时,无需大幅度拉长四锥光纤锥腰部分的长度,其结构原理简单可靠,工艺步骤简便,操作制备容易,产品稳定性好,使用寿命长。

技术领域

本发明涉及光纤湿度传感器制作技术领域,更具体地说是指一种波长调制型四锥光纤湿度传感器。

背景技术

光纤湿度传感器相对于传统的电容电阻型湿度传感器具有许多优势。如:体积小、稳定性好,抗电磁干扰。现如今,光纤湿度传感器已经得到了广泛的应用,例如应用于农业上的粮食存储、锅炉内的高温环境、工业领域等等。近些年来,光纤湿度传感器的测量方法主要有以下几种:光谱法、光强度调制法、改变表面反射率、Bragg 和长周期光栅、干涉仪等。

近年来,许多人在光纤表面涂敷湿敏材料使得传感器的特性得以提高。但是光强调制型的传感器容易受到光源功率波动的影响如专利号:CN 107561039 A,采用的是光强调制的方法,易受光源波动的影响。采用布拉格光纤光栅的传感器,成本高。

为解决上述问题,授权公告号为CN 203287311U的中国实用新型专利公开了一种基于双锥型细芯单模光纤的透射式光纤湿度传感器,包括第一单模光纤、双锥型细芯单模光纤、第二单模光纤和湿度敏感膜四部分。双锥型细芯单模光纤的锥腰表面涂有湿度敏感膜;第一单模光纤,第二单模光纤分别与宽带光源和光纤光谱仪相连。该传感器器虽然能够根据环境湿度的改变引起湿度敏感膜折射率的改变,进而引起传感器的透射光谱特性发生变化。根据透射光谱中特征峰的波长变化量即可获得环境的湿度值。虽然该传感采用波长解调的方法,克服了光源光强稳定的影响,但是,该传感器基于双锥细芯的结构,其细芯单模必须拉得足够长,即细芯非常细,如10微米以下,否则难以通过光纤光谱仪测量传感器透光谱中的特征峰波长的改变量。另外,现有的光纤湿度传感器通常工作在1.3微米或者1.5微米的波段上,但是该波段没有很强的水分子吸收,灵敏度不高。

发明内容

本发明提供一种波长调制型四锥光纤湿度传感器,目的在于克服现有技术的不足,提供一种结构简单、成本低廉、灵敏度高的光纤湿度传感器。

本发明采用如下技术方案:

一种波长调制型四锥光纤湿度传感器,包括光源、四锥光纤以及用于检测光的波长位置变化的探测器,所述四锥光纤两端分别与所述光源和探测器连接,所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。

进一步地,所述光源为宽度光源或者可调谐光源,光源的波长范围是1900nm~2400nm,优选为2000nm,即两微米的光源。

进一步地,所述四锥光纤采用单模光纤研制,包括纤芯和包层,所述单模光纤上拉锥形成一段四锥结构,该段四锥结构纤芯涂覆所述光学凝胶层。

进一步地,所述光学凝胶层为琼脂糖凝胶薄膜。

进一步地,所述探测器为光谱仪。

由上述对本发明结构的描述可知,和现有技术相比,本发明具有如下优点:

1、 本发明检测湿度时,当不同湿度的空气与琼脂糖凝胶接薄膜触后,琼脂糖凝胶薄膜的折射率会发生改变,从而影响光纤中光的传输特性,通过测量干涉峰/谷的波长的变化,即可推算周围环境相应的湿度,不仅能够避免测试结果受光源光强稳定性的影响,而且光纤采用四锥结构积累相位差,增强光耦合时干涉的变化量,在保证测量的灵敏度时,无需大幅度拉长光纤锥腰部分的长度,其结构原理简单可靠,工艺步骤简便,操作制备容易,产品稳定性好,使用寿命长。

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