[實用新型]一種基于細芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器

有效

• 申請號: 201720027076.2
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN206594059U
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 倪凱佳;倪凱;馬啟飛;王飄飄
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 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

本實用新型提供了一種基于細芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖折射率傳感器作為光纖傳感器的一種已經吸引了廣泛的注意，由于它結構微小，靈敏度高，容易制造等優勢，常見的一些改善傳感器靈敏度的方法是對光纖進行一些特殊的溶解或化學處理使其對外界環境的折射率更加敏感，但是這些方法在提高折射率靈敏度的同事降低了光纖本身的柔韌性，使其在實際應用中受到一些限制。大多數折射率傳感器會隨著外界折射率的增加波長進行漂移，而強度不會因此發生有規律或明顯的起伏。這類傳感器容易受到FSR(free spectral range)的限制，并且不能夠在比較寬的折射率范圍內進行連續實時的監測。近年來，越來越多的人通過在光纖表面沉積一層薄膜來提高傳感器的傳感特性。

近年來，為提高光纖濕度傳感器的傳感特性，常常以PVA(polyvinyl alcohol)溶液為混合底液并溶解有另外的溶液來提高光纖濕度傳感器的靈敏度和折射率探測范圍，因此為了解決上述問題，本實用新型提出了一種基于細芯光纖修飾PVA/CNT(polyvinyl alcohol/carbon nanotubes)的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器，該邁克爾遜干涉儀將一段細芯光纖與單模光纖熔接在一起，使之激發出一部分細芯光纖的包層模，再對細芯的另一端放電形成弧形，使之繼熔接點激發的包層模之后，再通過微弧端面激發出更高級次的包層模。當細芯模與包層模在第一個熔接點耦合在一起時，具有一定相位延遲，從而實現纖芯模與包層模的模式干涉，同時在該光纖表面沉積一層PVA/CNT薄膜，PVA/CNT薄膜既保留了PVA的性質，又繼承了 CNT的性質，其中PVA薄膜使得折射率的變化隨外界條件的改變更加靈敏，而CNT薄膜可使在包層模中傳輸的光進入細芯光纖包層的徑向邊緣，增加了包層模式與外界環境的干涉，從而實現提高傳感器傳感特性的功能。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于細芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾孫干涉儀的濕度傳感器，該裝置能夠將外界濕度的改變而引起的折射率變化量轉化為探測信號的波長漂移量。實現使原本結構的折射率的測量范圍增大，并且隨著外界折射率改變使干涉波譜的強度改變幅度得到提高。具有結構簡單、成本低、靈敏度較高等特點。

本實用新型所采用的技術方案：

一種基于細芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾孫干涉儀的濕度傳感器，其特征在于：包括單模光纖(1)、細芯光纖(2)、微弧區域(3)、PVA/CNT薄膜(4)；所述的細芯光纖(2)的兩端分別與單模光纖(1)、微弧區域(3)相連接；所述的單模光纖(1)、細芯光纖(2)、微弧區域(3)相連接構成全光纖的邁克爾遜干涉儀；所述的細芯光纖、微弧區域(3)均沉積了PVA/CNT薄膜(4)。

所述的單模光纖(1)、細芯光纖(2)、微弧區域(3)均可采用G.652單模光纖，細芯光纖(2) 的纖芯和包層直徑分別為2μm～5μm和120μm～130μm，細芯光纖(2)的長度L為2mm～5mm，微弧區域(3)的長度l為40μm～50μm。

所述的微弧區域(3)經熔接機放電形成，其中需要調節熔接機的熔接程序，將放電強度設置成標準強度+7bit，放電時間為10，000ms。

所述的涂覆有PVA/CNT薄膜(4)的傳感頭放置在一個封閉的濕度箱內，通過向里面泵入干燥和濕潤的氣體來控制濕度箱內的濕度，并排除其他外界環境的改變而導致折射率的變化引起實驗誤差。

本實用新型的工作原理是：

當帶寬光源發出的光在單模光纖纖芯中的傳輸的基模到達第一個熔接點時分束并激發出一部分細芯光纖的包層模，微弧的端面激發出更高級次的包層模，并由于微弧區域的性質，激發了包層模反射時的入射角度，當纖芯模與包層模在第一個熔接點耦合在一起時，具有一定的相位延遲，從而實現纖芯模與包層模的模式干涉。

由于沉積的PVA/CNT薄膜既保留了PVA的性質，又繼承了CNT的性質，可見是一種高濕敏性、高折射率和高光吸收率的材料，因此高濕敏性使得傳感頭對環境濕度變化靈敏，高折射率特性使得包層模式的有效折射率發生變化，從而影響細芯光纖表面的包層模式的倏逝波的強度，最終導致干涉波峰和波谷的波長和消光比的改變。當外界環境的濕度發生改變時，端面修飾了PVA/CNT的細芯光纖也發生改變，因此包層模式的倏逝波強度發生改變。

本實用新型的有益效果是：