[實用新型]一種基于微懸臂梁結構的F-P型光纖濕度傳感器

有效

• 申請號: 202022647591.5
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN213957152U
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 郭允;陳敏;徐賁
• 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

本實用新型公開了一種基于微懸臂梁結構的F?P型光纖濕度傳感器。其特征在于：該傳感器由單模光纖、毛細管、金膜和瓊脂糖凝膠薄膜組成。使用飛秒激光將毛細管端面涂覆的金膜穿透，形成一個開口腔的剛性矩形的微懸臂梁結構，其懸臂梁的長度為95um～110μm，寬度為25μm～35μm，厚度為0.1μm～0.15μm。在微懸臂梁結構上涂覆一層厚度為0.5μm～1.5μm的瓊脂糖凝膠薄膜。應用時，將傳感器置于待測濕度環境內，環境濕度發生變化，瓊脂糖凝膠薄膜的質量和厚度發生變化，進而使得微懸臂梁結構的本征頻率發生變化，通過實時檢測微懸臂梁本征頻率的變化即可解調出環境濕度的大小。本發明具有靈敏度高、測量精度高和結構緊湊的特點，可用于環境濕度的準確測量。

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于微懸臂梁結構的F-P型光纖濕度傳感器。

背景技術

隨著現代社會中各行業的持續發展、科學技術的不斷進步，人們對環境濕度的測量日益增多，要求也越來越嚴格。濕度測量已廣泛應用于空氣質量檢測、制藥過程監測、食品制造過程監測、建筑安全性監測以及人體疾病探查方面。具體應用表現在塑料加工生產過程中塑料顆粒水分含量過高會導致擠壓失敗；食品生產中濕度過高會降低食品的質量；儲存藥品所含的水分過高會導致藥品活性喪失，長期處于相對濕度較低環境下會使藥品風化或裂片；使用電子類器件時空氣中凝結的水分會使半導體元件發生故障；臨床環境下醫用氣體的濕度的不合格會導致人體肺功能發生異常；高架橋結構中的鋼筋混凝土長時間暴露在高濕度環境下會導致其氧化過程加快，發生腐蝕；脾胃虛寒患者的手背和額頭濕度會發生顯著降低，可以通過探測該區域附近濕度來間接檢查疾病。濕度測量在生活中有很重要的應用，所以需要一種探測精度高、響應速度快、適應復雜環境、壽命長的濕度傳感器。

光纖濕度傳感器具有靈敏度高、響應速度快、體積小、質量輕、抗外界環境干擾能力強等優點。與傳統的電子濕度計比較來說，光纖濕度傳感器有著很大的優勢：靈敏度高，探測極限高，光纖濕度傳感器測量濕度能精確到小數點后2到3位，一般的電子濕度計測量濕度只能精確到小數點后1位；響應速度快，一般的電子濕度計當濕度快速達到某一穩定值后，需要幾秒到幾十秒鐘的響應時間才能較為準確地顯示出當前濕度，而光纖濕度傳感器一般只需要1秒鐘不到的時間就能實現對當前濕度的測量；體積小、質量輕，相比于傳統的芯片式電子濕度計來說，光纖濕度傳感器的體積和質量小的多，實現對一些精密結構環境的測量；能抗環境擾動能力強，當濕度快速變化時能實現對一些精密結構環境的測量；空氣中會凝結出一些小水滴，這些小水滴粘到芯片上會對半導體器件造成損壞，光纖濕度傳感器在電磁干擾、較高溫度、濕度快速變化環境下依舊能正常工作。

基于法布里-珀羅(F-P)結構的光纖濕度傳感器是光學傳感器重要的組成部分，彌補了電子濕度傳感器的不足。目前已經應用在工業生產，文物保護，國防安全等眾多領域中。隨著社會的進步和技術的發展，現有的光纖濕度傳感器還不能滿足社會的需求，尤其是靈敏度、穩定性、響應時間和溫度串擾等方面亟需優化。所以為了滿足社會的需求，研制出具有高性能的光纖濕度傳感器是非常有必要的。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種基于微懸臂梁結構的F-P型光纖濕度傳感器，具有靈敏度高、響應時間快和結構緊湊的特點。

本實用新型所采用的技術方案：一種基于微懸臂梁結構的F-P型光纖濕度傳感器，由單模光纖、毛細管、金膜和瓊脂糖凝膠薄膜組成。其特征在于：所述傳感頭由單模光纖和毛細管熔接而成，在毛細管的端面涂覆一層厚度為0.1～0.15μm的金膜形成封閉的空氣腔，采用飛秒激光對金膜進行超快速微加工，激光光束精確地聚焦在金膜的表面并穿透，在毛細管的端面形成一個開口腔的剛性矩形微懸臂梁結構，其懸臂梁的長度為95um～110μm，寬度為25μm～35μm，厚度為0.1μm～0.15μm。在矩形微懸臂梁結構外表面涂覆一層厚度為0.5μm～1.5μm的瓊脂糖凝膠薄膜。單模光纖端面與矩形微懸臂梁之間形成一個穩定的F-P結構。

本實用新型與現有技術相比的有益效果是：