[实用新型]一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种湿度传感器，尤其是涉及一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人们对自然界物理参量精确测量的需求也越来越紧迫。在此过程中，光纤传感技术也获得了全面的发展和广泛的应用，这其中就包括光纤光栅用于传感和测量的技术。众所周知，光纤光栅可以对温度、应力、应变、位移、加速度等进行精确的测量，而对环境湿度的测量则是一个最新发展起来的领域，同时面临很多亟待解决的科学与工程难题。传统的湿度传感器是利用功能材料对环境水分的吸收，改变自身的电阻、电容等电学参量进行湿度检测，而光纤光栅则是通过将环境中水分子含量的变化变为光波光学参量的变化来测量湿度，具有进行高精度测量的固有优势。前人大量的研究工作表明，利用光纤光栅进行湿度测量的一般方法是在光纤光栅的表面涂覆多层类似聚酰亚胺的合成塑料材料，利用这种材料的吸湿膨胀特性拉动光纤光栅中应力、应变的改变，通过光纤光栅波长的漂移进行湿度检测。这种方法的不足之处在于，为了保证吸湿材料的涂覆量，光纤光栅表面的聚酰亚胺经过多次涂覆后也只能在几十微米厚度左右，当被测环境湿度变化10％时，波长漂移不到0.1纳米。同时，由于光纤光栅长度的增加，使得采用这种方法做出的光纤光栅湿度传感器缺失逐点检测的能力。另一方面，这种湿度传感器的不足之处就是没能很好的解决光纤光栅的预应力加载问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其结构简单，生产方便，能够增大光纤光栅湿度传感器中吸湿材料的体积，解决了光纤光栅的预应力加载问题，同时能够实现对环境湿度的逐点检测，检测精度高，结构稳定性好，实用性强，便于推广使用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：包括三层柱壳、光线光栅以及设置在所述三层柱壳内的弹簧顶板，所述三层柱壳由底板、外壳、中壳和内壳组成，所述外壳、中壳和内壳均两端开口，所述外壳、中壳和内壳的底端均与底板固定连接，所述中壳和内壳的顶端平齐，所述外壳的顶端突出于中壳的顶端，所述外壳和中壳上均开有多个第一通孔，所述底板上开有多个第二通孔，所述中壳与内壳之间紧密填充有吸湿膨胀块，所述弹簧顶板由顶板和弹簧组成，所述弹簧设置在外壳与中壳之间且能够自由伸缩，所述顶板设置在中壳的顶部且能够沿着外壳的内壁滑动，所述弹簧的底端与底板接触，所述弹簧的顶端与顶板接触，所述底板的中心开有第一过孔，所述顶板的中心开有第二过孔，所述光线光栅的底端依次穿过第二过孔、内壳和第一过孔且能够在内壳内自由伸缩，所述光线光栅与顶板和底板均固定连接，所述顶板上开有多个第三通孔。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述外壳的顶部安装有壳体封板，所述壳体封板设置在外壳内，所述壳体封板上开有多个第四通孔，所述壳体封板的中心开有供光线光栅顶端穿过的第三过孔。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述光线光栅的横截面形状为圆形，所述第一过孔和第二过孔均为圆孔，所述第一过孔、第二过孔和第三过孔的直径均大于光线光栅的直径。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述光线光栅与顶板和底板均焊接。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述弹簧为圆柱弹簧，所述外壳、中壳和内壳的横截面形状均为圆环形，所述弹簧的外径小于外壳的内径，所述弹簧的内径大于中壳的外径。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述弹簧的底端与底板连接，所述弹簧的顶端与顶板连接。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述吸湿膨胀块为聚酰亚胺块。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：所述外壳开孔部分的长度与中壳开孔部分的长度相等。

上述的一种块状材料吸湿膨胀光纤光栅湿度传感器，其特征在于：多个第一通孔均匀设置，多个第二通孔均匀设置，多个第三通孔均匀设置，多个第四通孔均匀设置。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型利用吸湿膨胀块吸湿膨膨胀时顶压顶板，使得光纤光栅中产生应力、应变，从而进行环境湿度检测，检测精度高。