[实用新型]一种基于微球回音壁模式的探针式光纤湿度传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于微球回音壁模式的探针式光纤湿度传感器，其特征是：该传感器主要有单模光纤、毛细管、微球和氧化石墨烯薄膜组成,单模光纤与毛细管坍塌式熔接，从单模光纤纤芯处引出并紧贴毛细管内壁刻写的一条波导与毛细管内嵌的微球进行高效率耦合，并在微球的外表面涂覆一层氧化石墨烯薄膜。应用时，将传感器置于待测湿度空间内，湿度发生变化，会引起传感器谐振峰发生漂移，利用光纤光谱仪测量其谐振峰值的变化，即可解调出待测湿度的值。本发明具有灵敏度高，结构紧凑，迟滞效应低，重复性好等优势，可用于湿度的高精度测量。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于微球回音壁模式的探针式光纤湿度传感器。

背景技术

湿度检测在生产生活中扮演着非常重要的角色，特别是在航空航天，气候检测，工业生产等领域对湿度检测具有十分精细的要求。目前，大多数的湿度传感器是电阻式、电容式等电量湿度传感器，其优点是测量精度高、湿度响应快，信号获取与处理方便，但是此类传感器也具备十分明显的缺点，如不能在严重污染和电磁干扰等条件恶劣的地方进行测试。为了发挥非电量湿度传感器在环境污染和电磁干扰等恶劣条件下具备极强的稳定性和高精度，同时可以在特殊生产环境下实现高精度，快速响应的测量，对新型非电量湿度传感器进行探索具有长远的研究和应用价值。近年来，基于光纤的湿度传感器为了解决现存的一些问题提供了一种良好的研究方向。

基于光学微谐振腔的湿度传感器是光学传感器的重要组成部分，其可以弥补电量湿度传感器的不足，具有本征无源、高品质因子、抗电磁干扰、能够在高温、高压等恶劣环境下进行实时检测，并且此类传感器具有质量轻、易于实现器件集成化和微型化的特点。目前已经在工业生产、航空航天、日常生活等众多领域中实现了一定条件下的应用。在现有的一些特殊情况下，现有的光学谐振腔传感器指标还不能满足需求，尤其是灵敏度、稳定性、响应时间和温度串扰等方面亟需优化。所以，非常有必要和意义对新型传感结构和传感机理进行深入探索和研究以满足现有的不足。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于微球回音壁模式的探针式光纤湿度传感器，具有灵敏度高、稳定性好、快速响应和结构坚固等优点。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于微球回音壁模式的探针式光纤湿度传感器，其特征是：所述传感器由单模光纤、毛细管、微球和氧化石墨烯薄膜组成。其中毛细管的长度为100～150μm,外径为150μm，内径为70μm～90μm。从单模光纤纤芯引出并在毛细管紧贴内壁处刻写一条直径约为1.5～2.5μm的波导。在单模光纤和毛细管的熔接塌陷处内嵌一个直径为75μm～85μm的微球。在微球的外表面涂覆一层氧化石墨烯薄膜，其厚度为0.5μm～2μm。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、传感器采用的是单模光纤与毛细管的坍塌式熔接，并在毛细管内表面附近刻

写一条波导，大大提高了微球与光的耦合效率，减少光在传输过程中的损耗； 2、传感器采用的湿敏薄膜是氧化石墨烯，具备不受酸碱气体的干扰和热噪声干

扰小的优势，同时具有极强的吸附和释出水分子的能力。此传感器灵敏度远高于基于光纤光栅的湿度传感器；

3、传感结构紧凑、尺寸小，且结构坚固。

附图说明

下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明：

图1为基于微球回音壁模式的传感器结构示意图；

图中：1.单模光纤，2.毛细管，3.波导，4.微球，5.氧化石墨烯薄膜。

具体实施方式

图1为该实用新型基于微球回音壁模式的传感器结构示意图，其特征是：从单模光纤纤芯处引出并在紧贴毛细管内壁刻写的一条波导与毛细管内嵌的微球进行高效率耦合，并在微球的外表面涂覆一层氧化石墨烯薄膜,形成湿度传感探头。应用时，将传感器置于待测湿度环境内，氧化石墨烯薄膜会因环境湿度变化发生吸水膨胀和失水消肿，从而导致微球表面的有效折射率发生变化，进而导致该器件的谐振峰发生漂移。应用光纤光谱仪测量其谐振峰的漂移，即可解调出待测湿度的大小。本实用新型使用的毛细管的长度为100～150μm,外径为150μm，内径为70μm～90μm。毛细管内壁处刻写波导直径约为1.5～2.5μm，波导距毛细管内壁的距离为1nm～2.5nm。微球的直径为75～85μm，外表面涂覆的氧化石墨烯薄膜厚度为0.5～2μm。