[发明专利]同时检测温度与湿度的光纤传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了同时检测温度与湿度的光纤传感器，属于光纤传感技术领域，包括普通单模光纤，该普通单模光纤芯层为普通单模光纤纤芯；在普通单模光纤上设置裸芯区域，露出普通单模光纤纤芯；在裸芯区域上覆盖金膜，在金膜上覆盖PDMS膜，形成基于等离子体共振的温度传感器；普通单模光纤一侧端面与空芯光子晶体光纤一侧的端面熔接，形成基于法布里‑珀罗干涉的检测湿度传感器。本发明还公开了其制备方法。本发明制作普通单模光纤一定长度的裸芯区域，并在裸芯区域涂覆金膜，在金膜上涂覆PDMS膜，形成基于等离子体共振的温度传感器部分，普通单模光纤与空芯光子晶体光纤进行熔接，并在空芯光子晶体光纤的右端面涂覆PVA膜，形成F‑P腔，形成基于法布里—珀罗干涉仪的气体检测传感器；其制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及同时检测温度与湿度的光纤传感器及其制备方法。

背景技术

在现代工业、农业、气象等部门，需要对环境的温度与湿度进行监测。随着通讯技术与光纤技术的迅速发展，光纤传感技术作为新型技术也随之兴起。光纤传感技术与传统的传感技术相比，光纤传感器具有体积小、抗干扰能力强以及能在恶劣环境下运行等优点。

表面等离子体共振是一种特殊的光学现象，当光波在一个侧面镀有金属薄膜的棱镜中传播，并在棱镜侧面发生全反射时，光波中的P偏振分量就会贯穿金属层，在此过程中和自由电子相互影响，产生和金属薄膜平行的表面等离子波。光纤法珀传感器输出信号与微腔的腔长有关，在外力的作用下，传感器的腔长发生变化，干涉输出信号也因此发生变化，由此可得到腔长，以及外界参量的变化，实现各种参量的传感。

公开号为CN207540970U的专利申请中公开了一种基于氧化石墨烯镀层光纤的湿度传感器，此传感器主要由三段光纤相错位形成的M-Z干涉仪结构，在中间光纤表面涂覆上氧化石墨烯。氧化石墨烯的折射率随着环境的湿度变化而变化，通过光谱波长的移动测得传感器的湿度灵敏度；但其具有复杂结构、不能同时多测的缺陷。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供同时检测温度与湿度的光纤传感器，基于等离子共振(SPR)与法布里-珀罗干涉(F-P)，可同时测量温度与湿度，结构简单、灵敏度高；本发明的另一目的是提供其制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

同时检测温度与湿度的光纤传感器，包括普通单模光纤，该普通单模光纤芯层为普通单模光纤纤芯；在所述的普通单模光纤上设置裸芯区域，露出普通单模光纤纤芯；在所述的裸芯区域上覆盖金膜，在金膜上覆盖PDMS膜，形成基于等离子体共振的温度传感器；所述的普通单模光纤一侧端面与空芯光子晶体光纤一侧的端面熔接，形成基于法布里－珀罗干涉的检测湿度传感器。

进一步地，在所述的空芯光子晶体光纤另一侧端面设置PVA膜，形成F-P腔。

进一步地，所述的裸芯区域沿普通单模光纤轴向的长度为15～20mm。

进一步地，所述的金膜的厚度为30～40nm。

进一步地，所述的PDMS膜的厚度为10～15μm。

所述的同时检测温度与湿度的光纤传感器的制备方法，包括如下步骤：

1)切取普通单模光纤，两端切平；选取普通单模光纤的中间15mm～20mm的部分，去除涂覆层和包层，形成裸芯区域，得到处理过的普通单模光纤；将处理过的普通单模光纤放置到酒精溶液中，并用超声波清洗机进行清洗，以此保证步骤2)中需要镀膜的区域干净；

2)超声波清洗机处理过的普通单模光纤放在等离子溅射仪中先镀制30～40nm厚度的金膜，取出镀完膜的普通单模光纤，将PDMS混合液涂覆到镀完金膜的上面，厚度为10～15μm，加热固化；

3)先去除空芯光子晶体光纤的涂覆层，用光纤切割刀进行切割，截取空芯光子晶体光纤，两端切平；