[發(fā)明專利]一種基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610226031.8
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105784598B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 羅云瀚;關(guān)賀元;陳超英;夏凱;唐潔媛;張軍;余健輝;盧惠輝;陳哲
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 邱奕才;鄭永泉

本發(fā)明公開了一種基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器及其制備方法，在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上沉積有二硫化鎢膜層，所述側(cè)邊拋磨光纖是通過光纖拋磨掉部分包層和纖芯制作而成。本發(fā)明制備簡單、低廉，制得的光纖濕度傳感器兼容性高、響應靈敏、線性好、重復性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濕度傳感器，尤其涉及一種基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

濕度是一個重要的物理量，航空航天、發(fā)電變電、紡織、食品、醫(yī)藥、倉儲、農(nóng)業(yè)等行業(yè)對濕度的要求都非常嚴格，對濕度參量進行有效實時監(jiān)測和控制，是正常生產(chǎn)的前提。理想的濕度傳感器可在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)使用：測量精度高、壽命長、穩(wěn)定性好、響應速度快、濕滯回差小、靈敏度高、線性好、溫度系數(shù)小、制造工藝簡單、體積小等。現(xiàn)在濕度傳感器大部分是利用濕度對電阻或電容的影響制作而成，因此其對抗電磁干擾、抗腐蝕、距離傳感方面存在不足。

而光纖濕度傳感器能有效的應對上述問題，但是現(xiàn)在的基于石墨烯的光纖濕度傳感器對濕度的響應都是非線性的，如申請?zhí)枮?01510694866.1的中國專利《基于氧化石墨烯和聚乙烯醇復合膜的光纖濕度傳感器》公開了基于氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜的光纖濕度傳感器，由寬帶光源、第一光纖腰錐放大、氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜、第二光纖腰錐放大和光譜分析儀組成；氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜經(jīng)過干燥處理，均勻鍍在第一光纖腰錐放大和第二光纖腰錐放大中間光纖區(qū)域的側(cè)表面上，形成氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜；氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜的厚度為200~500nm；第一光纖腰錐放大左端與寬帶光源連接，第一光纖腰錐放大右端與第二光纖腰錐放大左端連接，第二光纖腰錐放大右端與光譜分析儀連接。雖然該專利具有較高靈敏度和分辨率，但結(jié)構(gòu)復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單、低廉、兼容性高、響應靈敏、線性好、重復性高的基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器及其制備方法。

本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器，在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上沉積有二硫化鎢膜層，所述側(cè)邊拋磨光纖是通過光纖拋磨掉部分包層和纖芯制作而成。

在本發(fā)明中，我們使用水和酒精為溶劑的二硫化鎢分散液，通過自然蒸發(fā)的方法，把二硫化鎢膜層沉積到側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上。涂覆在側(cè)邊拋磨光纖拋磨區(qū)上的材料與消逝場產(chǎn)生相互作用，并耦合到在纖芯傳播的模場中，利用這種特性制作出傳感器。由于簡單及低廉的制作方法，與光纖系統(tǒng)的高度兼容性，使得SPF可以作為結(jié)合WS₂進行傳感的理想選擇。水蒸汽作為新型的WS₂- coated SPF的檢測目標氣體有兩個原因：（1）WS₂巨大的表面積可以有效的吸附水分子；（2）水蒸氣（濕度）可以在一個大的范圍調(diào)節(jié)。WS₂與光纖的結(jié)合用于濕度傳感的研究尚未報道。因此我們選擇了WS₂SPF濕度傳感研究，WS₂SPF的輸出光功率與濕度的呈現(xiàn)線性，并測量的樣品的靈敏度高、響應速度快、重復性好。

進一步地，所述二硫化鎢膜層的層數(shù)為多層。所述二硫化鎢膜層的厚度為408nm~746nm。

所述側(cè)邊拋磨光纖若為單模光纖，則拋磨區(qū)的剩余厚度為61μm~70μm，即普通單模光纖的直徑為125μm，其纖芯直徑約為8μm，剩余厚度范圍61μm~70μm，計算得到拋磨深度范圍為55μm~64μm。若為多模光纖，則拋磨面離光纖纖芯1.5μm~5μm或纖芯拋磨掉一部分。拋磨區(qū)長度為5~30mm。

所述基于二硫化鎢的光纖濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟：

S1、制備側(cè)邊拋磨光纖：通過拋磨，把光纖的一部分包層和纖芯去掉，在光纖表面形成一定長度的平坦區(qū)域，即拋磨區(qū)；

S2、采用二硫化鎢分散液在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)沉積二硫化鎢膜層。