[發(fā)明專利]一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410581840.1
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104297210A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪凱;黃然;馬啟飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder?interferometer)廣泛應(yīng)用于光纖傳感系統(tǒng)中。初期，光纖的主要作用是傳輸。當(dāng)一束光經(jīng)耦合器分成兩束，分別沿著兩根光纖進行傳播時，其中一根作為參考光路，另一根作為調(diào)制光路。兩束光將在下一個耦合器重新匯合，發(fā)生干涉。當(dāng)調(diào)制光路受到外界影響時，在調(diào)制光路中傳播的光的光程會發(fā)生改變，從而兩路光的光程差會發(fā)生變化，干涉條紋也相應(yīng)的有所改變。通過干涉條紋變化和環(huán)境變化的對應(yīng)關(guān)系，就可以在測量中，通過干涉條紋的變化推出環(huán)境參量的變化。隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，馬赫-曾德干涉儀用于光纖傳感器的方式也發(fā)生著改變。光纖的作用也從僅僅傳輸功能演變到兼有傳輸和傳感的功能。在對光纖進行一些加工后形成的拉椎、椎腰放大、錯位、花生等結(jié)構(gòu)可以作為耦合器將沿著光纖纖芯傳播的光耦合一部分進入包層，并在下一個類似的光纖耦合器將光重新耦合回纖芯，實現(xiàn)沿著纖芯和沿著包層分別傳播的兩部分光發(fā)生干涉。這就是馬赫-曾德干涉儀的原理。當(dāng)外界環(huán)境對纖芯包層的影響不同時，沿著纖芯傳播的光和沿著包層傳播的光會由于纖芯包層對外界環(huán)境反應(yīng)的差異產(chǎn)生干涉的變化，在光纖傳感的應(yīng)用上反應(yīng)在光譜圖的變化上。在分析出光譜變化和外界環(huán)境變化之間的關(guān)系后，就可以通過對光譜變化的監(jiān)測實現(xiàn)對外界環(huán)境的監(jiān)測，實現(xiàn)傳感器的作用。

濕度測量的一個主要原理是在傳感器表面結(jié)合一層水分子親和力型的濕敏材料，再通過吸收水分影響傳感器本身的一部分屬性，如折射率，從而對傳感器的感濕特征量進行影響。再通過對結(jié)果感濕特征量的變化和濕度變化兩者關(guān)系進行分析，得出一定關(guān)系，這樣在今后的傳感器的使用中，通過對感濕特征量的監(jiān)測就可以得出濕度的變化值。在濕度膜中，核聚糖是其中一種，它以其方便控制膜的厚度的優(yōu)點被用于濕度傳感器上。它的原理是在濕度環(huán)境下，核聚糖會由于吸濕發(fā)生膨脹，改變自身的折射率。在使用核聚糖時，一般是用醋酸對核聚糖進行溶解，并由于質(zhì)子化作用帶上正電。在對光纖傳感器進行鍍膜時，需要先用濃酸配好的液體對傳感器進行浸蘸，使得光纖表面帶上負電，這樣就能用靜電自組裝的方法在光纖表面鍍上核聚糖的濕敏膜。在濕度環(huán)境下，核聚糖不僅由于吸濕的膨脹拉伸作用改變傳感器的長度，也由于自身折射率的改變引起光纖包層有效折射率的變化。傳感器長度的變化和纖芯包層有效折射率差的變化都會光程差發(fā)生變化，從而引起馬赫-曾德傳感器干涉光譜的變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器。該裝置能夠?qū)⒋郎y濕度的變化量轉(zhuǎn)化為探測信號的波長漂移量。具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、靈敏度高等特點。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器，其特征在于：由入射光纖(1)、第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)、連接光纖(3)、第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)、出射光纖(5)、核聚糖薄膜(6)組成；兩個椎腰放大結(jié)構(gòu)用同樣的參數(shù)制作，第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)和第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)通過連接光纖(3)相連，第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)另一端與入射光纖(1)相連接，第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)的另一端與出射光纖(5)相連接。由入射光纖(1)，第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)，連接光纖(3)，第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)，出射光纖(5)組成的線型結(jié)構(gòu)。在第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)，連接光纖(3)，第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)表面鍍了核聚糖薄膜(6)。

所述的一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器，其特征在于：入射光纖(1)、出射光纖(5)和連接光纖(3)可采用G.652、G.653和G.655單模光纖，入射光纖(1)和出射光纖(5)長度為20～40cm，連接光纖(3)長度為20～50mm。

所述的一種基于核聚糖涂層的馬赫-曾德濕度傳感器，其特征在于：第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)和第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)可采用G.652、G.653和G.655單模光纖，長度為220～280μm。

本發(fā)明的工作原理是：入射光由第一個椎腰放大結(jié)構(gòu)(2)分成兩部分光，一部分沿著纖芯傳播，一部分沿著包層傳播，經(jīng)第二個椎腰放大結(jié)構(gòu)(4)沿著纖芯傳輸?shù)墓夂脱刂鼘觽鬏數(shù)墓獍l(fā)生干涉。外界濕度變化時，由于核聚糖受濕度影響發(fā)生拉伸，且改變了包層的有效折射率，導(dǎo)致纖芯和包層的有效折射率差發(fā)生變化，從而引起相位差，使得光譜的波長發(fā)生漂移。監(jiān)測干涉光譜的漂移即可還原濕度變化情況。

附圖說明