[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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310641490.2
• 申請(qǐng)日: 2023-05-29
• 公開（公告）號(hào): 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(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G01D5/353
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 周雙

本發(fā)明涉及一種多層涂覆型光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列及溫濕度測量方法，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布拉格光纖光柵上以形成非濕敏材料涂覆層，濕敏材料全涂覆在布拉格光纖光柵上以形成濕敏材料涂覆層；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(hào)；網(wǎng)狀鎧裝保護(hù)層套在非濕敏材料涂覆層和濕敏材料涂覆層上，用于保護(hù)非濕敏材料、濕敏材料及布拉格光纖光柵陣列。本發(fā)明通過將濕敏材料涂層與非濕敏敏材料涂層交替周期涂覆在布拉格光纖光柵上表面，可實(shí)現(xiàn)在單根光纖光柵陣列上對(duì)溫濕度的多參量測量，安裝和維護(hù)簡潔方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列及溫濕度測量方法。

背景技術(shù)

相對(duì)濕度的監(jiān)控和測量在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)種植、醫(yī)療保健、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域起著非常重要的作用。傳統(tǒng)的電子溫濕度傳感器由于體積大、耐腐蝕性差、抗電磁干擾能力弱，因此在很多復(fù)雜的環(huán)境中使用時(shí)會(huì)受到限制。與傳統(tǒng)的溫濕度傳感器相比，光纖傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合在一些特殊環(huán)境下長期使用。其中光纖光柵型溫濕度傳感器不僅具有光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)還具有易復(fù)用的特點(diǎn)，可以組建成超大規(guī)模的傳感網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步拓寬了其使用領(lǐng)域。

隨著光纖傳感技術(shù)發(fā)展的日益成熟，光纖溫濕度傳感器已經(jīng)開始應(yīng)用在各種傳統(tǒng)溫濕度傳感器所無法測量的領(lǐng)域。在建筑、醫(yī)療、食品工業(yè)等領(lǐng)域中，光纖溫濕度傳感器也已經(jīng)開始替代傳統(tǒng)溫濕度傳感器，并顯示出巨大的應(yīng)用潛力。對(duì)于溫濕度傳感器來說，靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、測量范圍、時(shí)漂和溫漂等參量是評(píng)價(jià)該傳感器性能的重要指標(biāo)，其中時(shí)漂和溫漂是傳統(tǒng)溫濕度傳感器不可避免的一個(gè)難題，原因是經(jīng)常受到灰塵、油污以及有害氣體的影響。在一些環(huán)境比較惡劣的應(yīng)用場合中，傳統(tǒng)溫濕度傳感器的穩(wěn)定性與可靠性會(huì)極大地降低，而光纖溫濕度傳感器所具有的優(yōu)點(diǎn)則有效地解決了傳統(tǒng)溫濕度傳感器在特殊場景中應(yīng)用的難題。

在現(xiàn)有報(bào)道的眾多光纖溫濕度傳感器中，一部分光纖溫濕度傳感器是基于干涉式實(shí)現(xiàn)溫濕度測量的，這類傳感器在溫濕度測量中的響應(yīng)時(shí)間和靈敏度上具有一定優(yōu)勢，但其普遍存在的問題是穩(wěn)定性不高，同樣存在溫漂現(xiàn)象，且難以級(jí)聯(lián)。另一部分光纖溫濕度傳感器是基于光纖光柵涂覆溫敏、濕敏材料來實(shí)現(xiàn)溫濕度測量的，這類傳感器在溫濕度測量中的穩(wěn)定性和多傳感器級(jí)聯(lián)上具有一定優(yōu)勢，而其溫漂的解決是通過光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，因此需要至少兩根光纖光柵陣列，而雙光纖溫濕度傳感器在實(shí)際安裝時(shí)操作更為復(fù)雜，需要將光纖光柵溫度傳感器和濕度傳感器的光柵對(duì)應(yīng)上，不然就會(huì)造成溫濕度解耦的錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列及溫濕度測量方法，用以解決傳統(tǒng)電子溫濕度傳感器存在的時(shí)漂和溫漂問題，及在測量環(huán)境溫濕度時(shí)需要雙光纖光柵傳感器組合使用的難題。

為了解決上述問題，第一方面，本發(fā)明提供一種多層涂覆型光纖光柵溫濕度一體式傳感器陣列，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(hào)；

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。

進(jìn)一步地，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。

進(jìn)一步地，在制備所述布拉格光纖光柵陣列時(shí)，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(shí)，兩兩相近光柵的間隔為第一預(yù)設(shè)距離；