[發明專利]同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910608958.1
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110207760A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 葛益嫻;張鵬;陶在紅;顧欽順;王婷婷
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01K11/32;G01N21/45
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

本發明公開了同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器，屬于光纖傳感技術領域，包括普通單模光纖，該普通單模光纖芯層為普通單模光纖纖芯；在普通單模光纖上設置裸芯區域，露出普通單模光纖纖芯；在裸芯區域上覆蓋金膜，在金膜上覆蓋PDMS膜，形成基于等離子體共振的溫度傳感器；普通單模光纖一側端面與空芯光子晶體光纖一側的端面熔接，形成基于法布里?珀羅干涉的檢測濕度傳感器。本發明還公開了其制備方法。本發明制作普通單模光纖一定長度的裸芯區域，并在裸芯區域涂覆金膜，在金膜上涂覆PDMS膜，形成基于等離子體共振的溫度傳感器部分，普通單模光纖與空芯光子晶體光纖進行熔接，并在空芯光子晶體光纖的右端面涂覆PVA膜，形成F?P腔，形成基于法布里—珀羅干涉儀的氣體檢測傳感器；其制備方法簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器及其制備方法。

背景技術

在現代工業、農業、氣象等部門，需要對環境的溫度與濕度進行監測。隨著通訊技術與光纖技術的迅速發展，光纖傳感技術作為新型技術也隨之興起。光纖傳感技術與傳統的傳感技術相比，光纖傳感器具有體積小、抗干擾能力強以及能在惡劣環境下運行等優點。

表面等離子體共振是一種特殊的光學現象，當光波在一個側面鍍有金屬薄膜的棱鏡中傳播，并在棱鏡側面發生全反射時，光波中的P偏振分量就會貫穿金屬層，在此過程中和自由電子相互影響，產生和金屬薄膜平行的表面等離子波。光纖法珀傳感器輸出信號與微腔的腔長有關，在外力的作用下，傳感器的腔長發生變化，干涉輸出信號也因此發生變化，由此可得到腔長，以及外界參量的變化，實現各種參量的傳感。

公開號為CN207540970U的專利申請中公開了一種基于氧化石墨烯鍍層光纖的濕度傳感器，此傳感器主要由三段光纖相錯位形成的M-Z干涉儀結構，在中間光纖表面涂覆上氧化石墨烯。氧化石墨烯的折射率隨著環境的濕度變化而變化，通過光譜波長的移動測得傳感器的濕度靈敏度；但其具有復雜結構、不能同時多測的缺陷。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器，基于等離子共振(SPR)與法布里-珀羅干涉(F-P)，可同時測量溫度與濕度，結構簡單、靈敏度高；本發明的另一目的是提供其制備方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器，包括普通單模光纖，該普通單模光纖芯層為普通單模光纖纖芯；在所述的普通單模光纖上設置裸芯區域，露出普通單模光纖纖芯；在所述的裸芯區域上覆蓋金膜，在金膜上覆蓋PDMS膜，形成基于等離子體共振的溫度傳感器；所述的普通單模光纖一側端面與空芯光子晶體光纖一側的端面熔接，形成基于法布里－珀羅干涉的檢測濕度傳感器。

進一步地，在所述的空芯光子晶體光纖另一側端面設置PVA膜，形成F-P腔。

進一步地，所述的裸芯區域沿普通單模光纖軸向的長度為15～20mm。

進一步地，所述的金膜的厚度為30～40nm。

進一步地，所述的PDMS膜的厚度為10～15μm。

所述的同時檢測溫度與濕度的光纖傳感器的制備方法，包括如下步驟：

1)切取普通單模光纖，兩端切平；選取普通單模光纖的中間15mm～20mm的部分，去除涂覆層和包層，形成裸芯區域，得到處理過的普通單模光纖；將處理過的普通單模光纖放置到酒精溶液中，并用超聲波清洗機進行清洗，以此保證步驟2)中需要鍍膜的區域干凈；

2)超聲波清洗機處理過的普通單模光纖放在等離子濺射儀中先鍍制30～40nm厚度的金膜，取出鍍完膜的普通單模光纖，將PDMS混合液涂覆到鍍完金膜的上面，厚度為10～15μm，加熱固化；

3)先去除空芯光子晶體光纖的涂覆層，用光纖切割刀進行切割，截取空芯光子晶體光纖，兩端切平；