[实用新型]用于温湿度、pH值检测的一体式光纤布拉格光栅传感器及传感装置

说明书

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种用于温湿度、pH值检测的一体式光纤布拉格光栅传感器及传感装置。解决了现有技术中对土壤温度、湿度及pH进行单独测量存在的程序复杂、信号精度低等问题，包括设置在传感单元上的温度探测单元、湿度探测单元及pH探测单元；传感单元为光纤布拉格光栅；温度探测单元为第一段光纤布拉格光栅；湿度探测单元为包裹在第二段光纤布拉格光栅上的对水分敏感的聚合物层及包裹在对水分敏感的聚合物层上的纳米材料层；pH探测单元为包裹在第三段光纤布拉格光栅上的对pH值敏感的水凝胶层及包裹在对pH值敏感的水凝胶层上的纳米材料层。通过将该传感单元插入土壤中可以同时实现对土壤的温度、水分和pH值的实时检测。

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种用于温湿度、pH值检测的一体式光纤布拉格光栅传感器。

背景技术

随着工业化进程的快速发展、农药的大量使用，土壤污染越来越严重；土壤的土质很大程度上决定了农产品生长的品质。为改善土质，对土壤的主要参数实行检测是一种必要技术手段。主要包括温度、湿度和pH值的检测。现有的土壤温度、湿度及pH大都分别采用温度、湿度及pH电类传感器进行单独测量，具有以下缺点：

1)、单独测量及管理，程序复杂；2)、单独多次插入传感设备，对植物周围土壤状态有影响；3)、如果要实现多点的检测，需要布置很多的传感点，供电和信号传输变得较为复杂；4)、电类的传感器容易受到外界电磁场的干扰，且容易被腐蚀，其使用寿命有限(一般不超过3年)。5)、单独测量不能保证位置及时间的统一，同时湿度和pH值的测量值会受到温度测量值变化的影响，需要考虑温度对其他两个测量值的影响。

实用新型内容

为了解决现有技术中对土壤温度、湿度及pH进行单独测量存在的上述问题，本实用新型提供一种可以同时实现温度、水分和pH值同时检测的一体式光纤传感器，能够同时检测温度、湿度及pH三个参量，在同一温度下检测湿度和pH值，排除温度对湿度和pH值的影响。

本实用新型的技术方案是提供一种用于温湿度、pH值检测的一体式光纤布拉格光栅传感器，包括传感单元，其特殊之处在于：还包括设置在传感单元上的温度探测单元、湿度探测单元及pH探测单元；

上述传感单元为光纤布拉格光栅；将光纤布拉格光栅划分为三段，分别为第一段光纤布拉格光栅、第二段光纤布拉格光栅及第三段光纤布拉格光栅；

上述温度探测单元为第一段光纤布拉格光栅；

上述湿度探测单元为包裹在第二段光纤布拉格光栅上的对水分敏感的聚合物及包裹在对水分敏感的聚合物层上的纳米材料层；

上述pH探测单元为包裹在第三段光纤布拉格光栅上的对pH值敏感的水凝胶及包裹在对pH值敏感的水凝胶层上的纳米材料层。

进一步地，为了增加温度探测单元对温度的敏感度，上述温度探测单元还包括包裹在第一段光纤布拉格光栅上的温度增敏纳米材料层。

进一步地，上述温度增敏材料为碳纳米管材料。

进一步地，上述对水分敏感的聚合物为PMMA、PVC或硅胶材料；上述纳米材料为四氧化三铁、碳纳米管或石墨烯。

进一步地，对水分敏感的聚合物层与纳米材料层的总层厚为10um～ 50um。

进一步地，上述对pH值敏感的水凝胶为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或聚丙烯酰胺。

进一步地，对pH值敏感的水凝胶层和纳米材料总厚度为10um～50um。

进一步地，第一段光纤布拉格光栅、第二段光纤布拉格光栅及第三段光纤布拉格光栅的长度相等。