[實用新型]一種基于光纖微拉錐的馬赫-曾德干涉儀型濕度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820550714.3
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN208060375U
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常冉;趙鋒平;徐賁
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種基于光纖微拉錐的馬赫?曾德干涉儀型濕度傳感器，其特征在于：該傳感器由單模光纖構(gòu)成，且單模光纖內(nèi)部有一空氣腔，在加熱狀態(tài)下對光纖進(jìn)行拉錐，其側(cè)面涂覆有吸水性材料聚氧化乙烯（PEO）薄膜。應(yīng)用時，將傳感器置于待測濕度的空間中，利用光纖光譜分析儀觀測其輸出光譜饑渴解調(diào)出待測濕度的變化值。本實用新型具有制作成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高等優(yōu)點，可應(yīng)用于濕度的高精度測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖微拉錐的馬赫-曾德干涉儀型濕度傳感器。

背景技術(shù)

隨著社會的進(jìn)步,對濕度的檢測和控制愈來愈重要。濕度傳感器是能將水蒸氣的量轉(zhuǎn)換成可測量量的傳感器，它已被廣泛地應(yīng)用在圖書和檔案管理、氣候監(jiān)測、精密儀器的使用和保護(hù)、物品儲藏和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。對于一個理想的濕度傳感器來說它應(yīng)該具有高的靈敏度、長期穩(wěn)定性、響應(yīng)時間短、成本低廉及能在寬的濕度和溫度范圍內(nèi)工作等優(yōu)勢。

按照制作原理通?？蓪穸葌鞲衅鞣譃槿缦氯箢悾弘娮?、聲學(xué)和光學(xué)傳感器。第一類傳感器是利用敏感材料的電子和機械特性與濕度的關(guān)系制備的傳感器，而在這一類傳感器中又主要以電容濕度傳感器和電阻濕度傳感器為主；第二類傳感器是根據(jù)聲學(xué)信號隨濕度的變化而變化的性質(zhì)制作的傳感器，目前主要是利用表面波、石英晶體微天平和體聲波特性；第三類光學(xué)濕度傳感器，它是根據(jù)濕度的變化會引起媒介層性質(zhì)的變化，進(jìn)而使光傳播性質(zhì)（吸收、反射系數(shù)、頻率等）變化而制作的傳感器，研究比較多的主要有光纖濕度傳感器和干涉測量傳感器。

光纖傳感器在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電量濕度傳感器，存在著穩(wěn)定性和互換性差，不能在嚴(yán)重污染和強電磁干擾環(huán)境下工作。相較于電子式傳感器，光纖傳感器不易受到電磁信號的干擾，本質(zhì)安全(即阻燃、防爆)，更容易置入空間狹小的區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)距離組網(wǎng)監(jiān)測，甚至是電氣指標(biāo)要求苛刻的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種基于光纖微拉錐的馬赫-曾德干涉儀濕度傳感器，具有靈敏度高、制作成本低、結(jié)構(gòu)緊湊且堅固等優(yōu)點。

本實用新型所采用的技術(shù)方案：一種基于光纖微拉錐的馬赫-曾德干涉儀型濕度傳感器，其特征在于：單模光纖內(nèi)部有一空氣腔，在加熱狀態(tài)下對光纖進(jìn)行拉錐，使得空氣腔長度增加、單模光纖包層變薄，所得到的空氣腔沿軸向長度為150-200μm，沿徑向?qū)挾葹?0-80μm，且單模光纖側(cè)面涂覆有吸水性材料聚氧化乙烯（PEO）薄膜，厚度為30-50μm。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、本傳感器只使用了普通單模光纖，制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單。

2、本實用新型中微拉錐之后光纖包層變得極薄，提高了測量的靈敏度和準(zhǔn)確性。

3、本傳感器基于馬赫-曾德干涉儀原理，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1所示為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為諧振波的中心波長隨濕度的變化而發(fā)生漂移的示意圖。

圖中：1.單模光纖1，2.PEO薄膜，3.空氣腔，4.單模光纖2。

具體實施方式

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，其中單模光纖內(nèi)部的空氣腔沿光纖軸向長度為150-200μm，沿徑向?qū)挾葹?0-80μm，其側(cè)面涂覆有吸水性材料PEO薄膜，厚度為30-50μm。應(yīng)用時，將該傳感器置于待測濕度的空間中。當(dāng)光在光纖中傳播時，一部分光經(jīng)過空氣腔，另一部分光耦合進(jìn)PEO薄膜（相當(dāng)于包層），然后在空腔后方兩束光會發(fā)生干涉；當(dāng)外界環(huán)境的濕度發(fā)生變化時，PEO薄膜吸收水分導(dǎo)致折射率發(fā)生變化，從而諧振波的中心波長會發(fā)生漂移。干涉光譜的中心波長隨外界濕度變化而變化的示意圖如圖2所示，當(dāng)利用光纖光譜分析儀觀測輸出光譜時，可通過光譜的漂移量解調(diào)出外待測濕度的變化量，從而達(dá)到濕度傳感的目的。