[发明专利]一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器。一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器，包括单模光纤和镂空基板，所述的单模光纤用UV紫外胶固定在镂空基板上，在镂空基板上中间镂空部分的单模光纤上激光刻写有布拉格光纤光栅，布拉格光纤光栅两端的非栅区部分分别覆有聚酰亚胺薄膜，形成“聚酰亚胺薄膜‑光纤光栅‑聚酰亚胺薄膜”结构。本发明具有结构简单、测量精度高、线性度好、抗高温、抗电磁干扰等优点，可实现多点准分布式传感，有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器。

背景技术

湿度是一个重要的物理参量，湿度测量在工业生产、农业、医疗、气象分析、航空航天领域有着广泛的应用。行业中对湿度测量有着严格的要求，包括湿度传感器的环境适应性、测量范围、响应速度、测量精度等重要指标。目前，市场上起主导地位的是电学式湿度传感器，包括电阻式、电容式等，优点是测量精度高、响应速度快且信号易于控制和处理。但电学式湿度传感器长期稳定性和互换性差，在强电磁干扰环境下不能正常工作，只能进行单点测量都局限了自身进一步发展。

近年来，光纤传感技术发展迅猛，受到人们越来越多的关注，与传统的电子式传感器相比，光纤式传感器在灵敏度、响应时间、动态测量范围等方面均有很大的提升，且有质量轻、体积小、抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等优点，广泛的应用于农业仓储、航空航天、机械制造等领域。

光纤布拉格光栅湿度传感器是一种新型的湿度传感器，目前已有研究利用聚酰亚胺作为涂覆材料来增强光纤光栅的湿敏性，实现湿度参量的感知和传递。公知的湿度传感器(例如CN202869694U)，其设计方法是将聚酰亚胺溶液直接涂覆在光纤光栅栅区的，经高温热固化设计，这种方法容易造成光纤光栅的断裂；同时光纤栅区直接涂覆易受材料受力不均及边缘翘曲的影响，从而出现啁啾现象，影响传感器的实用监测。另外公知的湿度传感器(例如CN102393359A)提出了采用吸水膨胀的水凝胶材料与光纤光栅相结合的结构，虽然避免了光栅的直接涂覆，但封装结构复杂，应变传递效率不高导致灵敏度低，且该传感器湿滞性不好，影响传感器对湿度的精确检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器，该湿度传感器将聚酰亚胺覆在光纤光栅两端的非栅区部分，可避免直接涂敷栅区造成固化后的栅区断裂以及材料受力不均及边缘翘曲导致的光栅啁啾现象，能够进一步提高光纤光栅湿度传感器的成品率和性能。

本发明的技术方案是：

一种在非栅区涂覆聚酰亚胺的光纤光栅湿度传感器，包括单模光纤和镂空基板，单模光纤固定在镂空基板上，所述的单模光纤用UV紫外胶固定在镂空基板上，在镂空基板上中间镂空部分的单模光纤上激光刻写有布拉格光纤光栅，布拉格光纤光栅两端的非栅区部分分别覆有聚酰亚胺薄膜，形成“聚酰亚胺薄膜-光纤光栅-聚酰亚胺薄膜”结构。

具体的，所述的布拉格光纤光栅的栅区长1cm。

具体的，所述的布拉格光纤光栅两端的聚酰亚胺薄膜与光纤光栅的距离分别为0.5cm，聚酰亚胺薄膜为长2cm、宽1cm的矩形长条，其厚度为0.05mm。

具体的，所述的镂空基板为长10cm、宽5cm的矩形，其镂空部分位于正中间为长7cm，宽3cm的矩形。

具体的，所述的“聚酰亚胺薄膜-光纤光栅-聚酰亚胺薄膜”结构先施加预应力，使得该结构拉伸0.4-0.6nm，然后通过UV紫外胶固定在镂空基板上。