[实用新型]一种强度调制型四锥光纤湿度传感器

说明书

本实用新型涉及一种强度调制型四锥光纤湿度传感器，包括光源、四锥光纤以及用于检测光的强度变化的检测仪，所述四锥光纤两端分别与所述光源和检测仪连接，所述四锥光纤的四锥结构上涂覆有湿敏材质的光学凝胶层。本实用新型检测湿度时，当不同湿度的空气与琼脂糖凝胶接薄膜触后，琼脂糖凝胶薄膜的折射率会发生改变，从而影响光纤中光的传输特性，通过测量特定位置波长的光强度，即可获得周围环境相应的湿度，并且，光纤采用四锥结构积累相位差，增强光耦合时干涉的变化量，在保证测量的灵敏度时，无需大幅度拉长四锥光纤锥腰部分的长度，其结构原理简单可靠，工艺步骤简便，操作制备容易，产品稳定性好，使用寿命长。

技术领域

本实用新型涉及光纤湿度传感器制作技术领域，更具体地说是指一种强度调制型四锥光纤湿度传感器。

背景技术

空气湿度是用来表征大气干燥程度的物理量，一般用相对湿度来表示。相对湿度用 RH 表示，指的是单位体积的空气中实际所含的水气密度与相同温度下饱和水气密度的百分比。对环境湿度的测量在许多领域都具有重要的意义。测量空气湿度可以作为报警用，从而采取措施有效保障电力的正常传输；此外在气象及医学、军事、航空航天、土木工程等领域对于环境湿度的监测也极为重要，因此如何提升环境相对湿度监测仪器的性能，用来满足不同检测环境需求具有重要的研究意义和应用价值。现有的测量空气中相对湿度的方法有很多，如：电阻式湿度传感、电容式湿度传感、声学式等方法。传统的电子式的湿度传感器存在一些缺点，如专利CN03218839.0比较容易受电磁干扰，不能在恶劣环境下使用及其在狭窄空间下使用。光学湿度传感器具有体积小、响应快、抗电磁干扰等优点。这些优点使光学湿度传感器可以应用在电学湿度传感器和声学湿度传感器不能应用或不适合应用的场合，如光纤湿度传感器可以应用在高温的锅炉内部，从而得以检测锅炉内部的温度湿度等参数。特别是光纤湿度传感器可用来检测易燃的液体和气体，并且可在恶劣的环境中(如腐蚀性物质中) 使用。光纤湿度传感器主要有以下几种实现方式：光谱法、改变表面反射率、Bragg 和长周期光栅、干涉仪等，特别是近年来又出现了光子晶体制备的光学湿度传感器。大多数光纤湿度传感器要求光纤含吸湿材料。这种材料通常沉积在光纤的某个区域或光纤的尖端处涂敷湿度敏感材料。然而，许多光纤湿度传感器使用特殊材料，成本较高，比如文献：“Relative humidity sensor with optical fiber Bragg gratings”（Kronenberg P, Rastogi P K, Giaccari P, et al. Relative humidity sensor withoptical fiber Bragg gratings[J]. Optics letters, 2002, 27(16): 1385-1387.）和论文：“Humidity sensor based on photonic crystal fibre interferometer”（MathewJ, Semenova Y, Rajan G, et al. Humidity sensor based on photonic crystalfibre interferometer[J]. Electronics letters, 2010, 46(19): 1341-1343）所做的Bragg光纤湿度传感器的结构分别是由光栅和光子晶体光纤构成，其成本较高。

为解决上述问题，授权公告号为CN 203287311U的中国实用新型专利公开了一种基于双锥型细芯单模光纤的透射式光纤湿度传感器，包括第一单模光纤、双锥型细芯单模光纤、第二单模光纤和湿度敏感膜四部分。双锥型细芯单模光纤的锥腰表面涂有湿度敏感膜；第一单模光纤，第二单模光纤分别与宽带光源和光纤光谱仪相连。该传感器器虽然能够根据环境湿度的改变引起湿度敏感膜折射率的改变，进而引起传感器的透射光谱特性发生变化。根据透射光谱中特征峰的波长变化量即可获得环境的湿度值。但是，该传感器基于双锥细芯的结构，其细芯单模必须拉得足够长，即细芯非常细，如10微米以下，否则难以通过光纤光谱仪测量传感器透光谱中的特征峰波长的改变量。另外，现有的光纤湿度传感器通常工作在1.3微米或者1.5微米的波段上，但是该波段没有很强的水分子吸收，灵敏度不高。

发明内容