[发明专利]基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统

说明书

本发明涉及基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统，主要涉及湿度测量领域。本申请提供的湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，当光通过光纤入射到该金属微纳结构层上，当该氧化石墨烯层附近的环境湿度发生改变时，该氧化石墨烯层的折射率也发生改变，影响该光纤内部光线的传播，进而使得光穿过该金属微纳结构层产生的透射光谱也发生改变，通过对该光纤的出射光的光谱进行检测，并根据光谱的变化与氧化石墨烯层折射率的对应关系得到该氧化石墨烯层的折射率变化情况，并通过氧化石墨烯层的折射率与环境湿度的变化关系，得到该氧化石墨烯层周围环境湿度。

技术领域

本发明涉及湿度测量领域，主要涉及一种基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统。

背景技术

湿度表示物体的干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示；若表示在湿蒸汽中水蒸气的重量占蒸汽总重量(体积)的百分比，则称之为蒸汽的湿度。

现有技术中，检测湿度的装置一般是采用湿度测量装置进行测量，一般的湿度测量装置包括电阻式和电容式两大类，湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当物体中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

但是，上述测量湿度均采用的电子元件，电子元件在测量湿度一段时间之后，由于水分的影响，电子元件会产生锈蚀，使得电子元件测量湿度的寿命较短，并且电子元件被锈蚀之后测量精度下降。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感器及系统，以解决现有技术中测量湿度均采用的电子元件，电子元件在测量湿度一段时间之后，由于水分的影响，电子元件会产生锈蚀，使得电子元件测量湿度的寿命较短，并且电子元件被锈蚀之后测量精度下降的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感器，湿度传感器包括：光纤、金属微纳结构层和氧化石墨烯层，光纤中的一段去除表面覆盖层，金属微纳结构层为金属微纳单元周期性排列的阵列，且金属微纳结构层倾斜设置在光纤纤芯内部，氧化石墨烯层涂覆在所述光纤去除包层的一段纤芯表面。

可选地，该金属微纳单元为“L”形金属微纳单元或者“h”形金属微纳单元。

可选地，该金属微纳结构层的数量为多层。

可选地，该湿度传感器还包括手性分子层，手性分子层设置在多层金属微纳结构层之间。

可选地，该氧化石墨烯层的表面设置多个凸起结构。

可选地，该光纤为单模光纤或者多模光纤。

第二方面，本申请提供一种基于光纤微纳结构的湿度传感系统，湿度传感系统包括：光源、探测器和第一方面任意一项的湿度传感器，光源和探测器分别设置在湿度传感器的光纤的两端，光源用于产生并发送光线，探测器用于探测光纤出射光的透射光谱。

可选地，该光源为激光器光源。

可选地，该探测器为光谱仪。

本发明的有益效果是：