[實(shí)用新型]一種光纖濕度傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202320519849.4
• 申請(qǐng)日: 2023-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN219302263U
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘永春;崔丹婷;成泓道;陳哲;余健輝;朱文國(guó);鄭華丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 廈門(mén)智慧呈睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35222
• 代理人: 郭福利

本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖濕度傳感器及其制備方法，光纖濕度傳感器包括微納光纖和多孔薄膜；其中：所述微納光纖，其形成有至少一個(gè)彎曲部；所述多孔薄膜，涂覆于所述彎曲部的表面；所述多孔薄膜表面具有多個(gè)孔，其配置為能夠通過(guò)吸水產(chǎn)生溶脹，使得孔的占空比變小。本發(fā)明利用U形的微納光纖的倏逝場(chǎng)與多孔薄膜耦合實(shí)現(xiàn)濕度傳感。在不同相對(duì)濕度環(huán)境下，U形微納光纖表面的多孔薄膜的孔的大小不同，以至于通過(guò)其散射的能量大小不同，光纖輸出端光功率的變化不同，從而實(shí)現(xiàn)濕度傳感。本發(fā)明具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、重復(fù)性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖濕度傳感器。

背景技術(shù)

環(huán)境濕度的檢測(cè)廣泛應(yīng)用于芯片制造、食品加工、制藥、儲(chǔ)存、人體健康、氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。目前有多種傳感技術(shù)方案可以用于濕度檢測(cè)，如電阻式、電容式、導(dǎo)熱式、重力式、光學(xué)式，其中光學(xué)式通常利用微納光纖作為傳感單元，當(dāng)光纖直徑低至微米甚至納米量級(jí)時(shí)，光纖外部具有較強(qiáng)的倏逝場(chǎng)，倏逝場(chǎng)與物質(zhì)接觸會(huì)發(fā)生能量和動(dòng)量交換，導(dǎo)致輸出光功率變化，由于微納光纖具有成本低、抗電磁干擾和腐蝕、能夠在嚴(yán)峻的環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，其檢測(cè)靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間快，近年來(lái)得到快速發(fā)展。

目前為止，光纖濕度傳感器傳感原理主要有以下幾種，包括光纖光柵傳感、倏逝場(chǎng)傳感、干涉式傳感等；一般的裸光纖對(duì)濕度的響應(yīng)較低，需要加入活性材料來(lái)增加傳感器的靈敏度；通過(guò)在光纖上附著特殊的增敏材料，例如石墨烯、還原石墨烯、氧化還原石墨烯、二硫化鉬等，利用材料大的表面積或體積，增加材料和水分子的相互作用，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的濕度傳感；但此類傳感器往往具有響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，難以應(yīng)用在有快速濕度檢測(cè)需求的場(chǎng)合，另一方面器件重復(fù)性較差，使用壽命短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺陷，提供一種光纖濕度傳感器，其在低濕度范圍相比其他光纖濕度傳感器內(nèi)具有更高的靈敏度以及更快的響應(yīng)、恢復(fù)速率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種光纖濕度傳感器，其包括微納光纖和多孔薄膜；其中：

所述微納光纖，其形成有至少一個(gè)彎曲部；

所述多孔薄膜，涂覆于所述彎曲部的表面；所述多孔薄膜表面具有多個(gè)孔，其配置為能夠通過(guò)吸水產(chǎn)生溶脹，使得孔的占空比變小。

優(yōu)選地，所述微納光纖為U形微納光纖，其包括平行的第一直線段以及第二直線段，所述彎曲部的兩端分別與所述第一直線段以及第二直線段連接。

優(yōu)選地，所述彎曲部的直徑小于所述第一直線段以及第二直線段的直徑，且在所述彎曲部與兩個(gè)直線段的連接處，光纖的直徑從所述彎曲部逐漸向直線段增大。

優(yōu)選地，所述彎曲部的直徑為1μm-10μm，長(zhǎng)度為10mm-50mm。

優(yōu)選地，所彎曲部的彎曲直徑為2mm-3mm。

優(yōu)選地，所述多孔薄膜為具有吸水性的多孔薄膜。

優(yōu)選地，所述多孔薄膜為多孔甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨薄膜。

綜上，本發(fā)明提出光纖濕度傳感器是一種高靈敏度濕度傳感器，利用U形的微納光纖的倏逝場(chǎng)與多孔薄膜耦合實(shí)現(xiàn)濕度傳感。與傳統(tǒng)的濕度傳感器相比，本實(shí)施例所提出的傳感器在47％RH至57％RH濕度范圍內(nèi)，靈敏度為2.995dB/％RH，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)濕度傳感器的靈敏度，同時(shí)本發(fā)實(shí)施例所提出的傳感器響應(yīng)時(shí)間為0.692s，恢復(fù)時(shí)間為0.023s，遠(yuǎn)小于已有報(bào)道的通過(guò)在微納光纖外表面包裹聚合物制備的濕度傳感器。此外，本實(shí)施例所提出的傳感器基于光纖結(jié)構(gòu)，制作簡(jiǎn)單，成本低，可兼容于物理化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光纖濕度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。