[發明專利]基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀

無效

• 申請號: 200810053342.4
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101303299A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 劉波;苗銀萍;張昊;開桂云;羅建花
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N19/10
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種空氣相對濕度測量儀。特別是涉及一種利用涂覆有濕敏材料的傾斜光纖光柵作為傳感器件對外界環境進行感測的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀。

背景技術

光纖光柵是一種新型的光子器件，它是在光纖中建立起的一種空間周期性的折射率分布，可以改變和控制光在光纖中的傳播行為。傾斜光纖光柵是利用特殊的寫制方法，在光纖的纖芯內寫入與光纖軸向成一定夾角的光柵，可以將特定波長范圍的光從光纖纖芯耦合到光纖包層中。而且，傾斜光纖光柵是一種光柵柵面相對于光纖軸有一定傾斜角度的短周期光纖光柵。在單模光纖中，柵面的傾斜使前向傳輸的纖芯模與后向傳輸的包層模之間的耦合得以加強，而前向傳輸的纖芯模與后向傳輸的纖芯模之間的耦合被減弱，所以有兩種耦合；并且反向傳輸的包層模衰減的很快，在反射譜中不能觀測到。因此，在透射譜中有纖芯模和大量的包層模存在。

在現有的技術中，對于空氣相對濕度的測試或環境的感測是采用布拉格光柵或長周期光纖光柵作為傳感元件去實現的，但是由于它們兼有比較高的溫度交叉敏感效應，一定程度上限制了其應用范圍。而傾斜光纖光柵避免了二者的缺點又同時具有二者的優點。目前尚未有采用傾斜光纖光柵傳感器對空氣相對濕度等信號感測及分析的方案。

傾斜光纖光柵對溫度和應變的變化感應靈敏，而對濕度變化敏感性較差，所引起的波長位移很小，因此，需要在光纖的外表面涂上一層濕敏材料，增大光纖光柵對濕度變化的敏感性。根據光纖光柵感濕原理，在選擇濕敏材料時，其濕敏特征值必須是線性膨脹量。而且和熱膨脹不同，濕膨脹與水份含量的關系要在很長時間內進行測量。所以要求濕膨脹線性度好，感應濕度量程大，工作溫度范圍寬，靈敏度高，響應時間短，濕滯迴差小等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種利用涂覆有濕敏材料的傾斜光纖光柵作為傳感器件，可以實現不受溫度影響的對外界環境進行感測的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀。

本發明所采用的技術方案是：一種基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀，包括光源，單模光纖，還設置有傾斜光纖光柵和光譜分析裝置，其中，光源通過單模光纖與傾斜光纖光柵相連接，傾斜光纖光柵的輸出端通過單模光纖與光譜分析裝置相連接，所述的傾斜光纖光柵上涂覆濕度敏感材料膜。

所述的濕度敏感材料采用聚酰亞胺材料或碳纖維復合材料或環氧-酚醛樹脂濕敏材料。

是采用噴涂法在傾斜光纖光柵上涂覆溶解于易揮發有機溶劑中的濕度敏感材料，并通過有機溶劑揮發成膜。

所述的光源采用寬帶光源或窄帶可調諧光源。

所述的涂有濕度敏感材料膜的傾斜光纖光柵置于被測的濕度環境中。

本發明的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀，以傾斜光纖光柵為傳感元件，根據其透射譜中纖芯模與包層模諧振波長的變化能夠反映外界環境情況，利用其包層模與纖芯模具有相似的溫度特性以及不同的應力敏感特性，通過檢測其間隔的變化量從而實現基于傾斜光纖光柵的不受溫度影響的空氣相對濕度傳感器。該傳感器集聚酰亞胺PI薄膜的濕膨脹線性度好、化學性能穩定、具有設計靈活、長期穩定性和互換性好、響應速度快的突出優點。此外耐高溫、耐腐蝕和光纖光柵型傳感器測量精度高、小型化、抗干擾，易復用等特點于一身，適合在各種惡劣環境下工作。從而，本發明具有成本低、設備簡單，易于實現的優點。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。

其中：

1：光源????????????????2：傾斜光纖光柵

3：光譜分析裝置????????4：單模光纖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀做出詳細說明。

如圖1所示，本發明的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀，包括光源1，傾斜光纖光柵2，光譜分析裝置3和單模光纖4，其中，光源1通過單模光纖4與傾斜光纖光柵2相連接，傾斜光纖光柵2的輸出端通過單模光纖4與光譜分析裝置3相連接，所述的傾斜光纖光柵2上涂覆濕度敏感材料膜。所述的涂有濕度敏感材料膜的傾斜光纖光柵2置于被測的濕度環境中。

經過對數十種濕敏材料的對比分析，選擇碳纖維復合材料、環氧-酚醛樹脂濕敏材料和聚酰亞胺為濕度敏感材料膜較理想。將濕敏材料在易揮發有機溶劑中溶解，采用噴涂法在傾斜光纖光柵2上涂覆濕度敏感材料通過溶劑揮發成膜。

所述的光源1采用寬帶光源或窄帶可調諧光源。

本發明的基于傾斜光纖光柵的空氣相對濕度測量儀的測試原理是：