[发明专利]基于多孔薄膜的光纤温度传感器及其制备和测量方法

权利要求书

1.基于多孔薄膜的光纤温度传感器，其特征在于：它包括由纤芯和光纤包层构成的裸纤，裸纤一端的端面镀有湿度敏感薄膜，裸纤的另一端用于信号输出；裸纤外套有毛细玻璃管，毛细玻璃管的两端通过紫外固化胶固定密封，毛细玻璃管与裸纤之间为空腔，湿度敏感薄膜被密封在毛细玻璃管内。

2.根据权利要求1所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器，其特征在于：所述的湿度敏感薄膜包含三层薄膜，依次为二氧化钛介质薄膜、纳米级微孔二氧化硅介质薄膜和二氧化钛介质薄膜。

3.根据权利要求2所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器，其特征在于：所述的二氧化钛介质薄膜的厚度为120-250nm，纳米级微孔二氧化硅介质薄膜的厚度为二氧化钛薄膜的8-10倍。

4.如权利要求1所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器的制备方法，其特征在于：将准备好的裸纤一端的端面置于物理气象沉积装置中进行镀膜，制备裸纤端面上的湿度敏感薄膜；取一段毛细玻璃管，将镀好膜的裸纤悬空放入毛细玻璃管中，两头用紫外固化胶固定封装；封装时记录环境及毛细玻璃管内的温、湿度，不能超过湿度敏感薄膜的敏感范围。

5.根据权利要求4所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器的制备方法，其特征在于：镀膜具体步骤为：将裸纤光滑的端面朝向物理气象沉积装置的靶材，采用真空蒸镀技术在端面依次蒸镀三层薄膜，分别依次为二氧化钛介质薄膜、纳米级微孔二氧化硅介质薄膜和二氧化钛介质薄膜，蒸镀膜料分别依次为纯度为99.99％的Ti₃O₅颗粒、SiO₂颗粒和Ti₃O₅颗粒，粒度为3-5mm，蒸镀机腔体真空度为0.03Pa，总充入氧气量为150-160sccm，蒸镀速率分别依次为和

6.根据权利要求5所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器的制备方法，其特征在于：所述的二氧化钛介质薄膜的厚度为120-250nm，纳米级微孔二氧化硅介质薄膜的厚度为二氧化钛薄膜的8-10倍，薄膜的厚度由晶振片监控。

7.根据权利要求4或5或6所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器的制备方法，其特征在于：取市售通讯多模光纤，包括纤芯和光纤包层构成的裸纤，包层外设有涂敷层，涂敷层外设有护套；剥去市售通讯多模光纤一端的护套和涂敷层，露出长度为3-6cm裸纤，将裸纤一端端面切平，仅保留0.5-2cm长，即构成所述的准备好的裸纤。

8.一种温度测量系统，其特征在于：它包括权利要求1所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器，光纤温度传感器的信号输出端与光纤耦合器的合路端连接，光纤耦合器还包括2个分路端，分别与宽带光源和光谱仪连接，光谱仪的数据端与处理器连接。

9.根据权利要求8所述的温度测量系统，其特征在于：所述的光纤温度传感器至少2个，它们的信号输出端通过光开关与光纤耦合器的合路端连接。

10.基于权利要求8所述的温度测量系统实现的温度测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

接收光纤温度传感器传递来的光谱信息，绘制以波长为横坐标、反射强度为纵坐标的光谱图；

读取指定光波谷的波长值λ，利用温度标定关系式计算温度值T：

T＝a₀+a₁*λ+a₂*λ²+…+a_n-1*λ^n-1+a_n*λⁿ,

其中a₀、a₁,…、a_n-1、a_n均为常数，通过对光纤温度传感器温度响应曲线进行多项式拟合得到，n的取值视精度而设定，需求精度越高，n的取值越大。

11.一种温湿度测量系统，其特征在于：它包括权利要求1所述的基于多孔薄膜的光纤温度传感器，还包括光纤湿度传感器，光纤温度传感器和光纤湿度传感器的信号输出端通过光开关与光纤耦合器的合路端连接，光纤耦合器还包括2个分路端，分别与宽带光源和光谱仪连接，光谱仪的数据端与处理器连接；

所述的光纤湿度传感器包括由纤芯和光纤包层构成的裸纤，裸纤一端的端面镀有湿度敏感薄膜，裸纤的另一端用于信号输出。

12.基于权利要求11所述的温湿度测量系统实现的温湿度测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

分别接收光纤温度传感器和光纤湿度传感器传递来的光谱信息，分别绘制以波长为横坐标、反射强度为纵坐标的光谱图；

读取指定光波谷的波长值λ_T、λ_H，利用温度标定关系式计算温度值T：

T＝a₀+a₁*λ_T+a₂*λ_T²+…+a_m-1*λ_T^m-1+a_m*λ_T^m；

利用湿度标定关系式计算相对湿度值RH：

RH＝b₀+b₁*λ_H+b₂*λ_H²+…+b_i-1*λ_H^i-1+b_i*λ_Hⁱ；

其中λ_T为从光纤温度传感器反馈光谱中读取的波长,λ_H为从光纤湿度传感器反馈光谱中读取的波长；a₀、a₁、…、a_m-1、a_m均为常数，通过对光纤温度传感器温度响应曲线进行多项式拟合得到；b₀、b₁、…、b_i-1、b_i均为常数，通过对光纤湿度传感器湿度响应曲线进行多项式拟合得到；m和i的取值视精度而设定，需求精度越高，m和i的取值越大。