[發(fā)明專利]光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列及溫濕度測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310641490.2
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116519060A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范典;徐婷;周次明;王康;余家玲
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D5/353
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 周雙

1.一種多層涂覆型光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，包括：布拉格光纖光柵陣列、非濕敏材料涂覆層、濕敏材料涂覆層、網(wǎng)狀鎧裝保護(hù)層；

非濕敏材料間接周期地涂覆在所述布拉格光纖光柵上以形成所述非濕敏材料涂覆層，濕敏材料全涂覆在所述布拉格光纖光柵上以形成所述濕敏材料涂覆層；

非濕敏材料疊加濕敏材料涂覆的第一光柵和濕敏材料涂覆的第二光柵用于傳感溫濕度信號；

所述網(wǎng)狀鎧裝保護(hù)層套在所述非濕敏材料涂覆層和濕敏材料涂覆層上，用于保護(hù)所述非濕敏材料、濕敏材料及布拉格光纖光柵陣列。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，所述布拉格光纖光柵陣列采用相位掩膜版寫入法，經(jīng)由拉絲塔在線制備。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，在制備所述布拉格光纖光柵陣列時，布拉格光纖光柵陣列的裸纖直徑為預(yù)設(shè)直徑；

在經(jīng)過相位掩膜版刻寫光柵時，兩兩相近光柵的間隔為第一預(yù)設(shè)距離；

將兩個間隔為第一預(yù)設(shè)距離的光柵作為一個溫濕度測量單元，每兩個溫濕度測量單元的間隔為第二預(yù)設(shè)距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，所述溫濕度測量單元中的光柵個數(shù)可調(diào)；所述第二預(yù)設(shè)距離跟隨實(shí)際場景進(jìn)行調(diào)整。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，所述非濕敏材料為丙烯酸酯；所述非濕敏材料間接周期地涂覆在所述布拉格光纖光柵上，包括：

在所述布拉格光纖光柵上經(jīng)丙烯酸酯涂覆器以第一涂覆層厚度涂上第一涂覆層；

將所述第一涂覆層經(jīng)過UV固化機(jī)進(jìn)行固化，其中，所述UV固化機(jī)經(jīng)過正弦調(diào)制只涂覆溫濕度測量單元的第一個光柵；

通過熱乙醇洗掉溫濕度測量單元中的另一個光柵上未固化的丙烯酸酯溶液，以使丙烯酸酯間接周期地涂覆在所述布拉格光纖光柵上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，所述濕敏材料為聚酰亞胺；所述濕敏材料全涂覆在所述布拉格光纖光柵上，包括：

在所述布拉格光纖光柵上經(jīng)第一聚酰亞胺涂覆器以第二涂覆層單邊厚度涂上第二涂覆層；

將所述第二涂覆層經(jīng)過第一高溫管式爐在第一爐溫范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)固化；

將進(jìn)行預(yù)固化后的布拉格光纖光柵由牽引輪牽引至第二聚酰亞胺涂覆器，涂上第三涂覆層；

將所述第三涂覆層經(jīng)過第二高溫管式爐在第二爐溫范圍內(nèi)進(jìn)行固化，以使所述聚酰亞胺全涂覆在所述布拉格光纖光柵上。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，通過調(diào)節(jié)所述第一、第二或第三涂覆層的厚度，以調(diào)整傳感器陣列的溫濕度測量范圍。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，所述溫濕度測量單元中的第一光柵和第二光柵的外涂層直徑相同。

9.一種溫濕度測量方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的多層涂覆型光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，其特征在于，包括：

確定第一光柵的第一溫度靈敏度、第一光柵的第一濕度靈敏度、第二光柵的第二溫度靈敏度及第二光柵的第二濕度靈敏度；

利用預(yù)設(shè)的雙參量矩陣公式解耦出需測量的溫濕度：

其中，ΔT為測量的溫度，ΔRH為測量的濕度，Δλ₁為第一光柵的波長漂移量，Δλ₂為第一光柵的波長漂移量，α_T1為第一光柵的第一溫度靈敏度，α_T2為第二光柵的第二溫度靈敏度，α_RH1為第一光柵的第一濕度靈敏度，α_RH2為第二光柵的第二濕度靈敏度。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫濕度測量方法，其特征在于，所述方法還包括：

所述第一溫度靈敏度和第二溫度靈敏度不相等，所述第一濕度靈敏度和第二濕度靈敏度不相等。