[實用新型]一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器

有效

• 申請號: 201520315383.1
• 申請日: 2015-05-12
• 公開（公告）號: CN204613104U
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 熊夢玲;龔華平;錢紫衡;楊鵬程;金永興
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 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

技術領域

本實用新型涉及一種光纖傳感器，尤其涉及一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器。

背景技術

隨著光纖技術的發展，光纖濕度傳感器受到極大關注并被廣泛應用。相對濕度值作為環境特征的一個重要參考指標，許多行業都要求對其進行精確測量。精密儀器對環境要求較高，環境濕度必須控制在一定的范圍內，以保證它們正常工作。在農業中，把濕度控制在農作物的生長適宜范圍內，是提高產量的重要條件。目前環境濕度的測量方式主要是伸縮式毛發濕度計和蒸發式干濕球濕度計，伸縮式毛發濕度計根據測定材料在不同濕度時伸縮量不同進行濕度測量，精度不高；蒸發式干濕球濕度計是利用水分蒸發時必須向外界吸收熱能的效應研制的，體積較大，不能滿足微型化領域的要求。與以上兩種濕度計相比，光纖濕度傳感器具有閉合的光路并且具有測量精度高、體積小、重量輕、抗電磁干擾、耐化學腐蝕等優點，可應用于各種不同的環境中。

隨著光纖傳感技術的發展，測量濕度的光纖傳感器有很多種，例如利用錐形微納光纖的強倏逝場測量濕度；利用光子晶體光纖拉錐后鍍上濕度敏感材料進行測量；使用光纖法布里-珀羅干涉腔作為傳感精度高的濕度傳感器。但這些光纖濕度傳感器都有缺點，錐形微納光纖制作難度大，并且很容易折斷；光子晶體光纖拉錐時比較困難，且光子晶體光纖價格昂貴、制作成本高；法布里-珀羅干涉腔的制作過程復雜。因此，這些傳感器在實際運用中受到限制。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器，該傳感器具有靈敏度高，制造簡單，成本低，實用性高等優點。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器，包括光源(1)、入射單模光纖(2)、偏振保持光纖(3)、濕度敏感材料(4)、出射單模光纖(5)和光譜分析儀(6)。光源(1)的輸出端與入射單模光纖(2)的左端連接，入射單模光纖(2)的右端與偏振保持光纖(3)的左端連接，偏振保持光纖(3)的右端與出射單模光纖(5)的左端連接，出射單模光纖(5)的右端與光譜分析儀(6)的輸入端連接；其特征在于，所述的入射單模光纖(2)的右端與偏振保持光纖(3)的左端為錯位熔接結構，偏振保持光纖(3)的右端與出射單模光纖(5)的左端為錯位熔接結構，偏振保持光纖(3)上涂覆有濕度敏感材料(4)。

所述的光源(1)為發光二極管或激光二極管，波長范圍為1200nm-1600nm。

所述的錯位熔接結構，徑向錯位距離為62μm。

所述的偏振保持光纖(3)，其型號為熊貓型偏振保持光纖PM1550，長度為1mm至2mm。

所述的濕度敏感材料(4)，其成分為殼聚糖，化學名稱為聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D。

所述的光譜分析儀(6)，其最大的分辨率為10pm。

本發明的有益效果為：

1.采用兩個錯位熔接結構，形成雙光束干涉，提高了濕度傳感器的靈敏度；

2.傳感頭僅需在光纖熔接機上制作，制造簡單，成本低；

3.利用濕度敏感材料涂覆在兩個錯位熔接結構之間，使傳感頭結構更加牢固，提高了實用性。

附圖說明

下面結合附圖及其具體實施方式對本發明作進一步說明。

圖1為本實用新型的示意圖；

圖中，1為光源；2為入射單模光纖；3為偏振保持光纖；4為濕度敏感材料；5為出射單模光纖；6為光譜分析儀。

具體實施方法

圖1中，一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器，包括光源1、入射單模光纖2、偏振保持光纖3、濕度敏感材料4、出射單模光纖5、光譜分析儀6；光源1的輸出端與入射單模光纖2的左端連接，入射單模光纖2的右端與偏振保持光纖3的左端通過錯位熔接結構連接，偏振保持光纖3的右端與出射單模光纖5的左端通過錯位熔接結構連接，出射單模光纖5的右端與光譜分析儀6的輸入端連接，偏振保持光纖3涂覆有濕度敏感材料4。

一種基于錯位熔接的光纖濕度傳感器，其工作方式為：光源1發出的光輸入入射單模光纖2，在入射單模光纖2中以基模的形式傳播，光能量被束縛在纖芯內。光經過入射單模光纖2傳輸到偏振保持光纖3時，由于光纖錯位熔接結構導致模場不匹配，一部分光進入偏振保持光纖3的包層，激發包層模在偏振保持光纖3的包層中傳輸；另一部分光進入濕度敏感材料4，形成兩束光傳播。由于偏振保持光纖3的包層與濕度敏感材料4的折射率不同，兩束光傳播的光程不同從而產生光程差；兩束光傳輸到出射單模光纖5時，由于錯位熔接結構導致兩束光耦合在一起從而產生干涉。干涉光輸入光譜分析儀6，光譜分析儀6顯示透射光譜的干涉圖樣。當外界環境濕度變化時，濕度敏感材料4的折射率會發生變化，導致產生干涉的兩部分光的相位差發生變化，最終引起透射光譜的峰值波長發生移動。根據預先標定的濕度與峰值波長漂移量之間的關系，可以讀出外界環境濕度，該裝置正是通過監測透射光譜中峰值波長的漂移量來測量環境濕度。