[实用新型]一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器

说明书

本实用新型专利公开了一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器，包括：接收入射光的入射光纤；用于将一部分入射光耦合进包层的第一锥形放大结构；用于传输包层光和纤芯光且侧面具有抛光结构的传感光纤；用于增敏的二维增敏材料MXene；用于将进入包层的光再耦合进纤芯的第二锥形放大结构；用于将出射光传输给光谱仪的出射光纤。该二维增敏材料MXene不仅具有风琴状的层状结构，而且具有亲水表面和大比表面积的特性，因此非常适合用作增敏材料。当外界环境的湿度发生变化时，会导致二维增敏材料MXene的折射率发生变化，从而导致所探测到的光谱的波长和强度发生变化。该传感器具有灵敏度高，成本低，抗腐蚀和抗电磁干扰能力强等特点。

技术领域：

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器。

背景技术

随着现代工业、农业的不断发展，对于环境湿度的监测和控制变得越来越重要了。尽管传统的电子湿度计早已应用到了人们的生产生活之中，但是由于传统的电子湿度计具有抗电磁干扰能力差，易腐蚀，不能远距离分布监测等劣势，光纤湿度传感器就应运而生了。但是湿度的变化量往往是比较小的，所以为了增加其限有的灵敏度，还可以对其进行一些处理，比如：对其表面进行侧抛处理，涂覆增敏材料等等。

目前，光纤湿度传感器主要使用的是聚乙烯醇(PVA)，琼脂糖等增敏材料，随着技术的进步，一些新型二维增敏材料逐渐被发现。MXene就是一种新型二维增敏材料，因其具有亲水表面、大比表面积的特性，非常适合在湿度传感上用作增敏材料。使用光学沉积法将这种二维材料沉积到光纤湿度传感器的传感区域，而且还可以通过控制通光时间来改变沉积膜的厚度。

通过对光纤进行一些特殊的加工，形成特殊结构，使得一部分光能耦合进入包层中传输，与外界环境发生作用，之后再重新再耦合回纤芯中发生干涉，这就是马赫-曾德干涉的原理。通过对光纤的侧面进行侧抛处理，增大倏逝波与外界的作用，又可以增大传感器的灵敏度。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有光纤湿度传感器灵敏度不高的问题，提出一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器。该湿度传感器具有成本低、灵敏度高的特点。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器，其中包括：

用于接收入射光信号的入射光纤；

与所述入射光纤相连，用于将一部分入射光耦合进包层传输的第一锥形放大结构；

与所述第一锥形放大结构相连，具有侧抛结构的传感光纤；

用于增敏的二维增敏材料MXene；

与所述传感光纤相连，用于将包层中传输的那一部分光再重新耦合进纤芯的第二锥形放大结构；

与所述第二锥形放大结构相连，用于将第二锥形放大结构出射的光传输到光纤光谱仪的出射光纤。

所述一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器，其中，在两锥形放大结构之间，一部分光在纤芯中传输，另一部分光在包层中传输。

所述一种基于二维增敏材料的光纤湿度传感器，其中，所述的第一锥形放大结构与入射光纤和传感光纤相连；

所述的第二锥形结构与传感光纤和出射光纤相连。

所述的入射光纤，第一锥形放大结构，传感光纤，第二锥形放大结构和出射光纤均采用的是纤芯直径为9μm，包层直径为125μm的单模光纤。

所述的入射光纤，第一锥形放大结构，传感光纤，第二锥形放大结构和出射光纤依次连接，构成线性结构。

所述的第一锥形放大结构和第二锥形放大结构的结构相同，且锥区直径范围是165～170μm。