[實用新型]一種基于光纖Bragg光柵的毛發溫濕度傳感器

有效

• 申請號: 201320571988.8
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN203432618U
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 李川;楊洪磊;熊新;趙振剛;謝濤;李英娜;周亞平;田雷;徐樹振;肖元強
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種基于光纖Bragg光柵的毛發溫濕度傳感器，屬于光電子測量技術領域。

背景技術

環境的干濕程度稱為“濕度”，航空航天、發電變電、紡織、食品、醫藥和倉儲等行業對濕度的要求都非常嚴格，對濕度參量進行有效實時監測和控制是進行正常生產、生活的前提。濕度大小常用絕對濕度、相對濕度等物理量來衡量。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質量，它的極限是飽和狀態下的最高濕度，絕對濕度與熱力學溫度成反比；相對濕度是絕對濕度與最高濕度的比值，溫度嚴重地影響著指定空間內的相對濕度，溫度每變化1℃將產生5％RH的濕度變化。因此在對濕度進行監測時也要同時對溫度進行監測。

與本實用新型最為接近的濕度傳感器是“氣體濕度傳感器”（參見文獻：徐定杰，“氣體濕度傳感器”，實用新型專利說明書，1998年8月26日，授權公告號：CN2289238Y，專利號：96206614.1）。該技術利用濕度變化引起毛發伸縮使金屬片與渦流傳感器的間隙發生變化來對濕度進行監測。由于采用了渦流傳感器，該濕度傳感器在易燃、易爆等場合的使用受到限制，且該傳感器沒有涉及對溫度的同時測量。

發明內容

本實用新型提供了一種基于光纖Bragg光柵的毛發溫濕度傳感器，以用于解決傳感器在易燃、易爆等場合的使用受到限制、環境溫濕度的同時在線監測問題。

本實用新型的技術方案是：一種基于光纖Bragg光柵的毛發溫濕度傳感器，包括調節螺釘1、支架2、固定螺絲3、光纖Bragg光柵4、等強度懸臂梁5、毛發束6、毛發鉤7、連接體8；其中等強度懸臂梁5固定端通過固定螺絲3固定在支架2內側，等強度懸臂梁5自由端通過連接體8與毛發束6的一端相連，毛發束6另一端通過連接體8固定在毛發鉤7上，毛發鉤7與支架2的底座連成一體，通過支架2底部設有的調節螺釘1對毛發束6的受力進行調節，粘貼在等強度懸臂梁5上、下表面對稱中心線上同一型號的光纖Bragg光柵4與信號處理裝置連接。

所述毛發束6一端穿過連接體8上的毛發孔后沿順時針方向纏繞在連接體8上并用粘結劑固定。?

本實用新型的工作原理是：

將對環境濕度的監測轉化為對光纖Bragg光柵4的波長調制，并采用差動式溫度補償法來消除溫度對濕度測量結果的影響，從而實現對環境溫、濕度的測量：

基于光纖Bragg光柵的毛發溫濕度傳感器的測量原理是：當環境濕度降低時毛發束6收縮△L，毛發束6由于收縮而產生彈性拉力，毛發束6在受彈性拉力產生彈性伸長量△x的同時也將力傳遞到等強度懸臂梁5的自由端，等強度懸臂梁5的自由端受力產生大小為△d的撓度變化，帶動粘貼在等強度懸臂梁5表面的光纖Bragg光柵4發生波長移位。相對濕度RH與毛發收縮量△L的關系為：

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式中：L為毛發束6中毛發的長度。

毛發束6的彈性伸長量△x與其受到的彈性拉力F₁的關系為：

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式中：n為毛發束6中毛發的根數，E₁為毛發的彈性模量，r為單根毛發的半徑，L為毛發束6中毛發的長度。

等強度懸臂梁5自由端的撓度變化△d與毛發束6的收縮量△L和毛發束6的彈性伸長量△x的關系為

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等強度懸臂梁5自由端受力F₂與其自由端的移位△d的關系為

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式中：E₂為等強度懸臂梁5的彈性模量，b₀為等強度懸臂梁5固定端的寬度，h為等強度懸臂梁5的厚度，L₀為等強度懸臂梁5的長度。

等強度懸臂梁5自由端的移位△d與等強度懸臂梁5軸向應變的關系為