光纤温/湿度传感器及其制造方法和计量装置的制作方法

专利名称：光纤温/湿度传感器及其制造方法和计量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术，具体为一种光纤温度传感器、光纤湿度传感器 及其制造方法和使用它们的温湿度计量装置，国际专利分类号拟为
Int. C1.G01K 11/32 (2006.01)。
背景技术：
光纤具有直径细、重量轻，且是绝缘体的特性，有利于在电磁噪音强、 高压区域内使用，不受干扰，特别是玻璃光纤具有可以在高温和可燃性气体 环境中使用的优点，因此各种光纤传感器的研究是为重点。
将折射率可以变化的Er —类的无机材料搀杂在玻璃内，可以获得一种 特殊的光纤。用激光照射该光纤，使在纤芯内的Er的折射率发生变化，从 而沿光纤的长度方向可形成一个布朗格光栅(以下简称FBG)。当从光纤 的一端入射光线时，FBG只反射特定波长的光；如果对FBG施加伸长变 形，则反射光的波长向长波长的方向位移。如果利用FBG的上述特性，则 可以将FBG作为温度传感器使用。这种情况下，温度变化造成光纤的伸长 变形或者弯曲变形，从而使FBG的周期产生微小的变化，FBG所反射的. 光的波长亦将产生一个位移，通过测定这个反射光的波长位移量，则可测量 温度的变化量。
米格那尔等人，于1995年在(IEEE J. Lightwave Techol)第13巻第7 期1396 1406页上发表了生体内使用的多功能光纤监控传感器的文章。它 可以利用光传感器，同时测定生体内的PH值、酸度值、二氧化碳成分等参 数。该研究在医学强调了用光传感器测定生体信号的魅力。生体光纤传感器 的整合是今后迈向全光学化的潮流。米格那尔提出的光学传感器中，利用热 电偶测定体内温度，用其他光纤温度传感器修正误差。
维尔切斯等人于1991年，在(IEEE Trans. Biomed. eng.)第38巻第 10期974 981页上发表了生理光纤温度传感器的文章。由于它是在系统上 将温度传感器加在光纤上，所以在制造上存在问题。从外部对光纤施加的温度传感器是一种能够发出荧光的化学物质。荧光的寿命与温度有关，利用该 信号测定温度。由于其后面的信号处理线路复杂，所以不能进行实时测定。
众所周知，尽管FBG光纤传感器应用价值很高，但为了检测温度变 化，对于输入波长来说，为了检测到输出波长的极其微小的变化量，就需要 价格昂贵的检波器，再加上制作F B G传感器需要使用高价格的特殊光纤， 及高难度的封装技术，所以其综合成本太高，特别是在民用领域难于推广应 用。
关于光纤湿度传感器，主要是特开2003 — 270141以及特开2003 — 130863特许公报所公示的技术。考虑到塑料光纤的反射层易于从纤芯剥 除，直径大，容易加工等因素，因此所公开的技术局限在使用塑料光纤方 面。其制作技术为将包覆层材料涂敷在纤芯上，通过自然干燥法形成感应包 覆层，制成光纤湿度传感器。
不过，迄今为止所公开的光纤湿度传感器的技术，尚存在以下问题。 首先，在公开的技术中，不仅从原理上要求包覆层的折射率只能比纤芯 的折射率高，而传感器工作的充要条件是感应包覆层的折射率因感应湿度 的变化必须降低到足以使传感器由感应前的光泄漏状态(Leaky Mode)转变为
感应后的波导状态(Wave Guide Mode)。因此为了提高传感器的灵敏度和响 应速度，实质上二者的折射率的差要求控制在0.005以内。这一要求给制造 上带来调节折射率的难度，从而限制了选择材料的范围。
其次， 一般地来说，塑料光纤纤芯和包覆层的高聚物材料间的相容性 差，特别是在使用混合材料时，在溶液状态下，多会发生相分离，容易形成 不均匀的感应包覆层，同时存在感应包覆层容易从纤芯剥离等问题。因此湿 度传感器的个体差异大，使用寿命短。
此外，采用塑料光纤纤芯时，由于纤芯也具有吸湿性，因此影响到湿度 传感器的性能稳定性，又由于塑料纤芯受温度的影响太大，在低湿度(小于 5 0%)范围内，较大的温度变化所引起的输出光强度的变化将淹没因湿度 的变化而引起的光强度的变化。
再次，目前所公开的技术只能采用常温干燥成膜，没有对感应包覆层进 行高温老化处理，所以存在结构及化学性能的不稳定性，精度低，耐久性 差，很难实用。
最后，由于包覆层的折射率比纤芯高，光的损失大。如果使用这种传感 器制作湿度测量装置时，特别是需要长距离输送时，不仅存在上述因光损失 大而带来的光强度不足等问题，而且由于构成传感器的塑料光纤端面积为玻 璃光纤的数十倍以上，所以塑料纤芯的传感器与传输用的玻璃光纤之间的结 合损失也太大，根本不能实用。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种光纤温度 传感器、光纤湿度传感器及其制造方法和使用它们的温/湿度计量装置。所
述的传感器具有检测精度高，价格低廉，便于封装，适于实用等特点；所述 的传感器制造方法具有工艺简单，成本低廉，便于操作，适于工业化实施等 特点；所述的温/湿度计量装置具有实用、耐久、可靠、精度高、操作方 便、易于安装及保全等特点。
本发明解决所述温度传感器技术问题的技术方案是设计一种光纤温度 传感器，其特征在于该传感器是由折射率为n 。的光纤纤芯和折射率为n 。的
感应包覆层所构成，且该感应包覆层中至少含有一种折射率能够随温度变化 而变化的高聚物或低分子材料；所述的光纤为玻璃光纤或塑料光纤，纤芯直 径为5um 3mm;所述感应包覆层的厚度为0.1 30um，感应包覆层 的长度不超过2 0 c m。
本发明解决所述湿度传感器技术问题的技术方案是设计一种光纤湿度 传感器，其特征在于该传感器是由折射率为n 。的光纤纤芯和折射率为n 。的 感应包覆层所构成，且该感应包覆层中至少含有一种折射率能够随湿度变化 而变化的高聚物或低分子材料；所述的光纤纤芯直径为5 um 3mm;所 述感应包覆层的厚度为O. 1 30um;感应包覆层的长度不超过2 0 cm。
本发明解决所述光纤温度传感器制造方法技术问题的技术方案是设计 一种光纤温度传感器的制造方法，其特征在于该制造方法以本发明所述的光 纤温度传感器的玻璃光纤或塑料光纤为传感器的光纤纤芯，将所述感应包覆 层材料在其溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到2 0 — 6 (TC，然后将该 溶液均匀涂敷在所述玻璃光纤或塑料光纤纤芯的外表面，在2 0 — 4 (TC的
条件下晾干后，再经热处理或交联处理后即得；所述热处理的温度T条件 为(Tm—5 0°C)《T《(Tm+5 0°C)。
本发明解决所述光纤湿度传感器制造方法技术问题的技术方案是设计 一种光纤湿度传感器的制造方法，其特征在于该制造方法以本发明所述的光 纤湿度传感器的玻璃光纤或塑料光纤为传感器的光纤纤芯，将所述感应包覆
层材料在其溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到2 0 — 6 0 °C,然后将该 溶液均匀涂敷在所述玻璃光纤或塑料光纤纤芯的外表面，在2 0 — 4 (TC的 条件下晾干后，再经热处理或交联处理后即得；当选用玻璃光纤为传感器的 光纤纤芯时，所述热处理的温度T条件为(Tm—5 (TC)《T《(Tm + 5 0 °C)。
本发明解决所述计量装置技术问题的技术方案是设计一种温/湿度计 量装置，包括；脉冲信号处理部分、发光处理部分、修正发光量的反馈处理 部分、演算处理部分、温度值修正处理部分、校正温度处理部分、信号输出 及终端控制处理部分、系统自检处理部分和异常检知及警报处理部分，和用 于传输温度信号的光纤或者电线，其特征在于该温度计量装置使用本发明所 述的光纤温度传感器，并在所述光纤温度传感器的两端分别封装发光装置及 受光装置；该湿度计量装置使用本发明所述的光纤湿度传感器，并在所述光 纤湿度传感器的两端分别封装发光装置及受光装置。
与现有技术相比，本发明所述温/湿度光纤传感器及其制造方法，l.是 基于温度的变化引起光强度的变化量，对温度进行定量化的，所以不需要使 用昂贵的检波器，因此从传感器的工作原理上保证了本发明传感器及其制造 方法工艺简单，成本低廉，便于实际应用；2.是产品质量提高，采用对感应 包覆层的高温处理，对高聚物的交联处理等手段，不仅解决了因混合材料的 相分离、高聚物的分子量过高、或过低，以及溶剂沸点过低等因素引起的包 覆层的膜厚及结构不均匀的缺陷，以及感应包覆层易于与纤芯剥离等问题， 同时也提高了传感器的精度和灵敏度，减小了传感器间的个体间差异，有利 于光纤传感器的产业化应用；同时，通过传感器构成的最优化，即对感应包 覆层的膜厚、结构的均匀度、感应包覆层的长短等精心设计，可以在获得高 计量精度的同时，具有较高的响应速度，本发明的温度传感器、湿度传感器 的响应时间为毫秒级、温度测定精度可达到正负0.5'C以内、湿度精度可达
到正负1%以内；3.是使用寿命提高，通过对感应包覆层的高温处理，及对 高聚物的交联或者加入防老化剂处理等手段，促使感应包覆层材料的原不稳 定的化学结合转化为稳定的化学结合，从而解决了感应包覆层的化学性能的 稳定性问题，从而使传感器的寿命得到成倍的提高，达到了实际应用水平； 4.是便于组配，从传感器组装技术层面来说，由于采用了适应不同用途的封 装，及使用标准的FC插头连接方式，所以传感器无论是与LED， PD的 连接，还是与传输光纤连接时，不仅稳定可靠，损失小。而且便于现场安 装；也便于将光纤温度传感器，湿度传感器用于远距离遥控和传输。
本发明所述的温/湿度计量装置因为采用了本发明所述的光纤温/湿度传 感器，因此具有计量精度高，使用寿命长，适用范围广，运行安全可靠，成 本低廉等特点。


图1是本发明温/湿度光纤传感器(没有反射层)的结构原理示意图。 图2是本发明温/湿度光纤传感器(存在反射层)的结构原理示意图。 图3是本发明温/湿度光纤传感器的一个实施例——弯曲型光纤传感器
组件的结构示意图。
图4是本发明温/湿度光纤传感器的一个实施例——直线型光纤传感器
组件的结构示意图。
图5是本发明温/湿度光纤传感器的一个实施例--个LED及PD —体
型光纤传感器组件的结构示意图。
图6是本发明温/湿度光纤传感器所使用的光纤传感器评价装置示意图。
图7是本发明温度传感器的响应特性曲线图。 图8是本发明湿度传感器的响应特性曲线图。 图9是本发明湿度传感器的对比例的响应特性曲线图。
图中符号含义分别是IO —光纤传感器；ll一光纤纤芯；12 —感应包覆 层；13 —入射光；14一输出光；15 —损失光；16 —反射层；20 —传感器保
护盒；21—金属套管；30—FC插头；31 —陶瓷插芯；32—FC插座；40 — 光电变送器；41一传输光纤；42 —发光二极管(LED) ; 43 —光电二极管(PD) ; 44 —微机；50 —恒温恒湿槽；60 —金属插管；61—导线；62 —固定座。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明
本发明设计的光纤温度传感器(参见图l(a)、 (b))，其特征在于该传 感器是由折射率为n。的光纤纤芯11和折射率为n。的感应包覆层12所构 成，且该感应包覆层12中至少含有一种折射率能够随温度变化而变化的高 聚物或者低分子材料；所述的折射率n。〈n。、或者n 。》n 。。
本发明设计的光纤湿度传感器与所述的光纤温度传感器结构一样，其区 别仅在于光纤湿度传感器的感应包覆层12中至少含有一种折射率能够随湿 度变化而变化的高聚物或低分子料；所述的折射率n。〈n。、或者n。^n 。。正因为如此，在下述说明中，如没有特别指出，本发明所述的传感器对 于所述的光纤温度传感器和湿度传感器均可适用。
本发明所设计的光纤温度传感器，其感应包覆层12对温度的反应敏 感，即当温度变化时将引起其折射率发生相应地变化。如随着温度上升，所 述感应包覆层12的体积膨胀，其折射率将减小。结果是通过光纤纤芯11而 射出的光强度增强。这时如果用光电二极管(PD)接收射出的光，那么其感 应到的光电流则随着光强度的增强而变大(图lb)，所以通过光电流的变化 量就可以测量温度的升高值。
当然，也可以使用体积随着温度的上升而縮小的材料、即具有负膨胀系 数的材料。这样的材料，如果温度升高，则由于体积縮小而折射率增高，输 出光强度就减小。
本发明传感器在考虑到远距离输送时，为了减少传感器与传输光纤间的 结合损失，要求传输用的光纤在口径上要与传感器所使用的光纤尽量一致。 又考虑到远距离传输时，无论是光损失，还是价格，使用单模玻璃光纤是有 利的。所以本发明的优选方案是将所述的感应包覆层12直接包覆在单模玻 璃光纤纤芯11的反射层16外面(参照图2)，而不用将反射层16剥离后， 再在纤芯11外面形成新包覆层12。换言之，在传感器结构上是所述的折射 率为n 。的光纤纤芯和折射率为n 。的感应包覆层之间存在折射率为n ,的反
射层，且所述的玻璃光纤为单模光纤。例如，可以将对温度、或者湿度相应
敏感的感应包覆层12直接包覆在折射率为n , ( n n 。)的反射层16的 外表面，要求其感应包覆层12的折射率n。满足关系式(n。〈r^、或者n c 》n》即可。这是因为，将半导体发光二极管(简称LED) 42发射的光线， 从光纤的端面入射时，光线被同时入射到光纤的反射层16以及纤芯11。而 在单模玻璃光纤的情况下，因纤芯11的直径很细，相对于反射层16可以忽 视，即反射层16也可以视为纤芯11。因此，所述的感应包覆层12就等同 于包覆在所述纤芯ll外面。
仅就这一点来说，本发明提出的温度、湿度传感器与以往的技术相比是 一个全新的结构设计。对比FBG温度传感器的制造技术及使用方法，本发 明的传感器，不仅结构简单，制造容易、成本低廉，而且也不需要价格昂贵 的波长检波器(例如在测定温度时)。
与以往的技术要求感应包覆层的折射率要高于纤芯完全不同，本发明的 光纤温度/湿度传感器的特征是，包覆层12的折射率可以低于其所包覆的纤 芯11，也没有必要要求尽量减小包覆层12和纤芯11的折射率差。换言 之，本发明的感应包覆层12的折射率在感应到温度，或者湿度的变化后能 够有所变化就可以满足要求，而没有必要象以往的技术那样要求折射率只能 降低，而且必须降低到足够使传感器由感应前的光泄漏状态转变为感应后的 波导状态的程度才能工作。
本发明提出的新的光纤湿度传感器技术方案，有效地克服了原有的湿度 传感器的缺点。特别是在结构上可将所述感应包覆层12直接形成在反射层 16的外面，或者可以使感应包覆层12的折射率n"氏于纤芯11的折射率 ni)，在通常状态处于波导状态。这样传感器的输出常时处于高水平。但是随 着湿度的增加，水分进入包覆层的间隙，由于不会引起其体积的变化，包覆 层的密度由此提高而导致包覆层的折射率增大，这样输出光强度就减少。因 此从输出光强度的变化可以对湿度进行定量检测。
当然，使用侧链较小的，内部自由体积极其微细化的高聚物材料，同时 在其熔融温度以上的高温处理而形成的感应包覆层12的结构就十分均匀而 紧密。随着湿度的上升，水分被吸收后并且均匀的分布在感应包覆层12 内，这时感应包覆层12的综合折射率可以视为感应包覆层的折射率与水的
折射率的叠加，所以整体的折射率将进一步降低，因此输出光的强度将增 加。这样的感应包覆层12，可以通过材料的选择以及下述的热处理条件的
控制来实现。
本发明传感器制造方法技术特征体现在以下几个方面；首先，为了有效 地解决因低温成膜而造成的感应包覆层12的结构及化学性能不稳定等问 题，感应包覆层12与纤芯11间的剥离问题，以及使用混合材料时因相分离 而引起的感应包覆层12的不均匀问题，本发明采取的手段是对感应包覆层 12进行高温处理。具体做法是，使用玻璃光纤纤芯时，将感应包覆层材料 在溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到2 (TC至6 (TC之间，然后将该溶 液均匀的涂敷在玻璃纤芯11的外表面，在2 (TC至4 (TC的条件下晾干 后，再在感应包覆层材料的熔融温度T m附近的温度T的条件下实施热处理 即得，所述的温度T满足(Tm—5 (TC)《T《(Tm+5 0°C)。热处理 可以促使感应包覆层12中不稳定的化学结合转化为稳定的化学结合，并在 玻璃纤芯上11形成结构均匀的感应包覆层12。
当使用塑料光纤纤芯11时，按上述方法将感应包覆层材料均匀的涂敷 在塑料纤芯的外表面，在2 (TC至4 (TC的条件下晾干后，再在塑料光纤纤 芯11的玻璃化温度Tg附近的温度T， T满足(Tg—5 (TC)《T《(Tg + 5 0°C)的条件下，实施热处理，促使感应包覆层中不稳定的化学结合转 化为稳定的化学结合，并在塑料纤芯11上形成均匀的感应包覆层12。
本发明所述制造方法中，将感应包覆层材料在溶剂中加热到完全溶解状 态后，冷却到2 (TC至6 (TC之后，再均匀的涂敷在纤芯外表面的工艺是十 分重要的，只有冷却到这个温度范围内，才能保证感应包覆层材料溶液的粘 度，从而容易控制最后形成的包覆层12的厚度(膜厚)。尤其是将几种材 料混合时，只有这个温度才能保证溶液的相分离现象不至于严重到无法将溶 液涂敷到纤芯外表面的程度。
在将溶液涂敷在纤芯之后，维持温度在2 (TC至4 (TC的条件下晾干， 则是为了保证溶剂既不能挥发的太快，也不能挥发的太慢，以保证感应包覆 层12不会起皱，也不至于影响到后续的热处理效果。
本发明传感器所述的纤芯11可以是普通的玻璃光纤或者塑料光纤。选 择取决于使用条件或技术要求。例如在常温条件下、相对湿度低于5 0%的
条件下使用的温度传感器，就可以使用塑料光纤。当然，使用玻璃光纤的传
感器适应性更好，但价格要高些。例如要求在高温(如8 (TC以上)的条件 下，或者是零度以下的条件下使用传感器时，因为要尽量排除纤芯对传感器 性能的影响，所以选用玻璃光纤比较妥当。在其他室温条件下，二者则均可 以使用。
在使用玻璃光纤时，可以是单模光纤，也可以是多模光纤。纤芯可以是 石英玻璃、或者是搀杂玻璃。玻璃光纤的反射层可以是由玻璃材料形成的， 也可以是由高聚物材料形成的。因此，对光纤没有必要作任何限定。但在需 要长距离传输信号时，考虑到构成传感器的光纤要与用来传输信号用的光纤 之间的连接损失要尽可能小，所以必须使用玻璃制的多模或者单模光纤。如 果传输距离超过一公里以上时最好使用单模光纤。这种情况下，构成传感器 的光纤可以是多模的，而传输用的光纤可以是单模的。总之，本发明传感器 可以根据传感器的使用目的、用途和要求，来选择所需要的纤芯材料。
另外，作为湿度传感器，不管使用温度条件如何，最好是选用玻璃光 纤。如果采用塑料光纤的话，因为纤芯材料会吸收水分而引起其折射率的变 化，这势必造成湿度传感器的性能上的不稳定。有时会造成传感器在感应湿 度时其输出光强度变化的不确定性。就是说，例如同样处于上升趋势的湿度 变化，而传感器的输出光强度有时可能是上升的，有时可能是下降的。这是 因为，纤芯与感应包覆层的折射率都处于变化状态，二者的相对大小将支配 着传感器输出光强度是增加还是减小。
还有，在使用塑料光纤时，最好选用玻璃化温度Tg高的高聚物。Tg高 于使用温度，不但是防止纤芯热变形的要求，而且是保证传感器的可靠性的 要求。同时，对于维持传感器的长期稳定性也是重要的。 一般情况下，纤芯 材料的Tg最好要高于使用温度2 (TC以上。塑料光纤一般适合于生体用和 室内空调等常温环境下的温湿度传感器。
能满足上述条件的塑料光纤材料，通常可以是高聚物。这些高聚物的单 量体可以列举如下苯乙烯、氯代苯乙烯、乙烯醇缩醛、a—甲基苯乙烯、 p —氯代苯乙烯、丙烯腈、苯基乙烯醇縮醛、安息香酸乙稀酯、萘乙烯酯、 偏二氯乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、丙 烯酸苯偶酰酯、丙烯酸碳酰酯、丙烯酸羟烷酯、丙烯酸全氟代烷酯、双丙基
三醇四丙烯酸酯等丙烯酸酯的高聚物或者齐聚物，甲基丙烯酸萘酯、甲基丙 烯酸羟烷酯、甲基丙烯酸碳酰酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸双环己基 酯、甲基丙烯酸乙基酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸丁基酯、甲基丙烯
酸腈酯、甲基丙烯酸甲基酯、2， 2， 2—三氟化乙基丙烯酸甲基酯、4一甲
基环己基乙基丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸糠醛基酯、l一苯代乙基丙烯酸甲 基酯、l一苯代环己基丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸连苯酰基酯等甲基丙烯酸 酯的高聚物及齐聚物，以及它们的衍生物，或者聚酯类树酯、环氧树酯等，及 其他适合于成型加工的聚合物均可以使用。
影响光纤温度、湿度传感器性能的另一个因素是光纤纤芯11的粗细。 这是因为(参见图1)，将光源以相同的入射角度入射进同一长度的光纤 时，光纤的芯经越细则光在传播经过同一长度时的反射次数就越多，根据累 积效果，输出光强度水平的变化量就会越大。因此，用于传感器的光纤的直 径越细，则灵敏度越高。但是如果光纤直径太细，为了保证足够的入射光强 度，就需要发光强度较强的光源，或者使用特殊的聚光镜将入射光聚焦后入
射，这样综合成本将会增加。根据实际用途来考虑，光纤纤芯的直径在5u m 3mm之间，可以获得满足的响应特性。在需要使用玻璃光纤进行长距 离信号输送时，纤芯直径最好是在5 12um之间。但是，在传输距离较长 的情况下，出于传感器与传输光纤的连接方式的考虑， 一般需要使用玻璃光 纤，其直径控制在0.2mm以下最为有利。再者，众所周知，由于塑料光纤 的直径最细也要在250um以上，因此，从这一角度来讲，使用玻璃光纤制 作传感器为最佳选择。
制约光纤温度、湿度传感器性能的，除了纤芯材料之外，另一个关键因 素是感应包覆层l 2的材料性能和制膜条件。这是因为传感器的反应速 度、选择性、灵敏度等全部是由感应包覆层材料的物理化学性能及感应包覆 层的结构所决定的。
因此，本发明制造方法为了达到目标，除了按照以下几个方面要求去选 择感应包覆层材料外，重点同时放在了如何确立一种能够形成化学性能稳定 的、结构均匀的、不易从纤芯剥离的感应包覆层的成膜技术上。
根据本发明传感器的原理，纤芯ll(或者在感应包覆层与纤芯之间存在 反射层的情况下，为反射层)和感应包覆层12的折射率，哪一个高不是主要
因素，折射率差的绝对值的大小才是决定因素。就是说，相对于纤芯材料的
折射率n。，感应包覆层12的折射率n。可以高，也可以低。甚至也可以相 等。相对于折射率为n。的纤芯11，感应包覆12的折射率n。满足关系式(n 。<n()、或者n。^n。)即可。在折射率为n , (ni<nQ)的反射层的外表 面形成感应包覆层时，感应包覆层的折射率n。满足关系式(n。〈n,、或者 nc》n,)即可。
二者的折射率差的绝对值越大，所能够检测的温湿度范围就越大。同时 当温度、湿度变化某一单位量时所引起的光强度的变化量也就越大。因此检 测精度就更高，更可靠。但是，如果二者的折射率的差异过大，相应地响应 时间就过长。因此，本发明的光纤传感器，可以视所需要检测的物理量(温 度，湿度)范围的大小，及所需要的响应速度，来设计光纤纤芯11与感应包 覆层12间的折射率差。 一般地来说，将两者间的差异的绝对值控制在0 0.5之间，可以满足民用及工业在线使用要求。以使用玻璃光纤为例，大多 数高聚物的折射率可以满足这一要求，而没有必要作任何调整。如果使用塑 料光纤，则更没有必要了。因此，材料的折射率大小并不作为选择感应包覆 层材料的首要考虑因素。这也是与公开的技术相比本发明的一个特征。
特别是作为湿度传感器的包覆层材料，如果象公开技术那样，将感湿材 料的折射率调整到1.46附近的话，以公开技术所使用的材料为例，必须要 混合入5 0 %以上的低折射率材料(如含氟高聚物)，这样得到的混合材料的 感湿性能必然要低于原来单一的感湿材料。因此，该湿度传感器的感湿范 围、精度都会降低。
如果本发明传感器用于手持式等计量装置，因为需要较高的响应速度， 因此二者间的折射率差的绝对值在0 0. 05之间比较理想。
本发明在明确了如何设计感应包覆层12与纤芯11之间的折射率之差这 个问题之后，在选择配制感应包覆层12的材料时，注重考虑材料的以下几 个性能
1.材料的感应单一性，抗劣化性能
本发明的技术特征之一是，注重感应包覆层材料12的感应单一性、抗 劣化性能如何。所谓感应单一性，例如作为温度传感器的感应包覆层最好对 湿度及其他化学物质等不敏感。而作为湿度传感器的感应包覆层对温度及其
他化学物质等不敏感。当一种材料不同时具备这些性能时，可以根据需要而 采用两种以上的材料混合使用。
作为温度传感器，首先要求其感应包覆层12的材料为Tm最好要比测 定上限温度高2 (TC以上的高聚物。如果设计好测定的温度范围，则要根据 上述原则选择高聚物材料。当然，如果使用的高聚物的Tm低于测定上限温 度时，可以与其他的Tm高的高聚物混合后使用。
硅类的高聚物、齐聚物及含硅单量体与其他单体的共聚物(以下均称为 硅类高聚物)是一种T m较高的高聚物材料。这些硅类高聚物的特征是以其 主链或者侧链的一部分或者全部是由Si—Si键、Si—C键、Si — N键、S i一0键、O—Si—0键所构成的。含硅类高聚物的Si、 N、 0、 C原子同时 可以在高聚物的主链以及侧链上出现。还可以在Si以及C和O、 N原子的 周围有取代基。例如，可以有以下的取代基。烃、酯肪族烃、酯环族烃、芳 香族烃等。具体有苯基、萘基、蒽基、菲基、联苯基、烷基。这些烃基可以 与含有卤族原子、醚键、硫醚键或者酯基的特性基团、羟基、硫醇基、羧基 等置换。更具体的有下面这些硅类高聚物适于本发明传感器选用聚甲基 苯基硅烷、聚连甲基硅烷、聚环己基硅垸、聚二丁基硅烷、聚甲基丙基硅 垸、聚甲基丁基硅垸、聚甲基连苯酰硅烷、聚甲基己基硅垸、聚甲基-4-氯 代苯基硅烷、聚甲基-4-氯代丁基硅烷、聚甲基-3-氟代丙基硅烷、聚双连苯 酰硅垸、聚二己基硅垸、聚萘基硅垸、聚氯代萘基硅垸、聚萘基酮硅,等。
在使用玻璃纤芯的时候，含硅类高聚物的Si原子与玻璃纤芯中'的Si 原子之间可以通过氧原子构成稳定的O — Si—O键，这样可以使所述的感 应包覆层12被牢牢地固定在纤芯11的表面。另外含硅类高聚物一般还具有 较好的疏水性。因此从耐高温及疏水性来考虑，硅类高聚物无疑是一种可以 用于温度传感器感应包覆层12的理想材料。
当然，这些硅类高聚物，不但可以单独地，或者将两种以上的硅类高聚 物混合后用做传感器的感应包覆层，而且还可以与其他高聚物混合使用。此 外，还可以是两种以上的含硅单量体共聚成的共聚体。
另一方面，由于氟类高聚物具有出色的耐候性及耐药品性等抗劣化性 能，同时其体积变化对温度比较敏感，因此也是可以用于温度传感器的感应 包覆层的理想材料。又因为含氟类高聚物具有良好的疏水性，与其他高聚物
混合使用于感应包覆层，可以减少湿度对温度传感器的影响。同时F原子还
容易与Si原子形成稳定的F — Si键。再者因为氟高聚物的折射率一般在 1.42左右，只要以极小量的氟高聚物与其他高聚物混合就可以在不损及其 他一种高聚物材料的主要性能的同时将混合物的折射率调节下来。因此氟类 高聚物是一种与其他高聚物相混合的理想材料。例如，下面这些氟类高聚物
都可以单独用作温度传感器的感应包覆层材料氟化聚乙烯叉类、聚氟乙稀
类、聚偏氟乙稀类、聚氟丙乙稀类、聚氟丁乙稀类、聚氟化环己烷类、聚氟 化丙烯酸酯类、聚氟化丙烯酸丙酯类、聚氟化丙烯酸丁酯类、聚氟化丙烯酸 戊酯类、聚氟化丙烯酸己酯类、聚氟化甲基丙烯酸酯类、聚氟化甲基丙烯酸 戊酯类、聚氟化甲基丙烯酸己酯类等全氟化或部分氟化高聚物等。
实验表明，选用硅类高聚物(y)与氟类高聚物(x)按任意比例混合起 来的混合物是理想的感应包覆层(其中x + y = l. 0)。例如，将氟类高聚 物的聚偏氟乙烯(x)与硅类高聚物的聚甲基苯基硅垸(y)以x: y的比例混 合时，x可在0.01 0.99之间任意选择，y可在0.99 0.01之间任意选 择，但最为理想的选择是x在0.01 0.2之间、y在0.99 0.8之间。
可以与氟类高聚物相混合用于温度传感器的感应包覆层的还包括以下这 些耐热性较好的高聚物材料聚醋酸乙烯酯类、聚乙烯乙基醚类、聚乙烯 丁基醚类、聚乙烯戊基醚类、聚环氧类高聚物、聚卤乙烯类高聚物、聚乙烯 醇、聚醛树酯、聚乙烯酮、聚乙烯腈、聚乙烯醚、诸如主链一C一O—C、 一C 一S — C、 一C一S—N、 一C一N—C等主链型环杂原子类高聚物，或者低分子 化合物等。
例如将前述氟类高聚物(x )和已经被选择的另一种高聚物(y )按x : y (其中x + y二l)混合时，x可以在0.01 0.55之间、y可以在0.99 0.45之间的任意比例进行。最为理想的比例是x在0.01 0.2之间、y在 0. 99 0. 8之间。
将两种以上的高聚物相混合时，或者将低分子化合物等与高聚物混合 时，可以先将它们分别溶解(溶剂可以相同或者不同，溶剂选择为现有技术) 后再混合，如果可以溶解于同一溶媒时，也可以混合后再溶解。其混合比例 则按照设计的折射率来确定。
具有单一感应性的，可以用于湿度传感器的感应包覆层的材料有羟甲 基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、羟丁基纤维 素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、醋酸纤维素、硝酸纤维 素等高聚物。它们可以单独用来形成感应包覆层。特别是采用玻璃纤芯时，
在纤维素的熔融温度T m附近的温度进行处理可以得到化学性能稳定的、结
构均匀的感应包覆层。
有时为了增强感应包覆层与纤芯间的结合，或者需要调节折射率时，可
以混合入1 20%左右的硅类高聚物，或者1 20%左右的氟类高聚物。 作为湿度传感器的感应包覆层的材料，还可以采用象聚酐类、主链一O
一杂原子类高聚物、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚环氧树酯、聚苯酚树酯、聚
丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羟基丙烯酸、聚乙烯吡咯垸酮等高聚物。
此外，还可以采用象酚类、胺类高分子那样的，在主链或者侧链上有O
H基、N H基等亲水性官能团的高分子来作为湿度传感器的感应包覆层材料。
当然，上述这些材料可以单独用来制作湿度传感器的感应包覆层，也可 以与1 20%左右的硅类高聚物、1 20%氟类高聚物混合使用。 2材料的分子形态
本发明所述感应包覆层12的结构决定传感器的性能及耐久性等。而感 应包覆层的结构则直接取决于高聚物的分子形态及感应包覆层的成膜条件。 高聚物分子形态包含分子量、分子取向度、自由体积等要素。 一般情况下， 高聚物的分子量越小，分子的规则性和取向性就越差，分子之间的相互作用 就减弱，因此其力学性能要弱，耐久性要差些。反之，分子量越大其力学性 能就越好。但是，并非分子量越高越好，如果分子量太高，虽然力学性能 好，但因为溶解性差，粘性太高， 一般很难获得均匀的感应包覆层。如果感 应包覆层不均匀，不单要影响传感器的性能，因传感器的个体差异大，变相 提高成本，也不利于产业化。
因此，在选择感应包覆层材料时，高聚物分子量的选择就成为至关重要 的一个环节。尽管根据材料种类不同，不能一概而论分子量的大小，例如， 所述的感应包覆层的高聚物可选择分子量在20000 500000之间的含硅高聚 物；分子量在200000 1500000之间的聚丙烯酸酯高聚物；分子量在
300000 2000000之间的橡胶类高聚物；分子量在50000 300000之间的氟 类高聚物，效果都较为理想。
但是，由于在选择感应包覆层材料时，需要优先考虑的是材料对温度、 或者湿度的单一感应性能，而不是所选择的高聚物的分子形态如何，因此有 时所选择物质的分子量不是过高就是偏低。为了解决这些问题，在选用低分 子量的高聚物时，除了直接与高分子量的高聚物混合后使用外，还通过对低 分子聚合物实施交联处理，使高聚物交联成网状结构，同时达到提高分子 量、改造分子形态及促进不稳定的化学结合转变为稳定化学结合的目的。
例如， 一般的硅类高聚物虽然耐热性能好、疏水性好，但是分子量较 低，故其力学性能往往不能满足实用要求。本发明为了改善硅类高聚物的这 缺陷，首先通过在硅类高聚物中加入交联剂使硅类高聚物互相交联而构成网 络结构。例如将具有乙烯基那样的光聚合型单量体在硅类高聚物的聚合阶段 加入后再聚合。也可以在将硅类高聚物溶解后再加入溶液中去。常被使用的 这类光聚合型单量体有苯乙烯、对二乙烯苯、乙二醇连丙烯酸酯等。这些光 聚合型单量体一经光照射或者加热其双键将被切断，与此同时硅类高聚物的 o键也因光照射而被切断，因此二者重新结合而形成网络结构，其力学性能等 因而得到改善。这种方法的缺点是得到的网络化硅类高聚物一般难于溶解， 只限于使用熔融法在玻璃纤芯上形成感应包覆层。
常用的方法是，对硅类高聚物通过加热处理促进其在分子间互相交联而 形成网络结构。例如将硅类高聚物溶解后并涂敷在玻璃纤芯表面后，施以1 8 O度以上的高温处理，使Si原子周围的取代基发生分解，取而代之的是 空气中的氧并与Si形成O — Si—O键。这个O — Si—O键一般较多是在
分子间或者在主链断开处形成的，所以整个高聚物形成一个网状结构。硅类 高聚物中原本不稳定S i — S i键转化为稳定的0 — S i — O键。
当然，因为F原子易与Si原子形成稳定的化学键，也可以将分子量高 的含氟高聚物与硅类高聚物混合使用以改善因硅类高聚物的分子量太低所带 来的缺陷。
从提高感应包覆层的温度变化系数考虑，往往要提高材料的自由体积。 因此理想的感应包覆层材料最好是非结晶性的无定型性的高聚物。因为在结 晶性高聚物的情况下，分子链的排列顺序好，自由体积小，分子链之间的相
互作用强，由于分子难于运动，而且材料发脆，感应包覆层的力学性能就差。
例如，聚异丁基丙烯酸酯、聚甲基苯基硅氧烷、聚酰亚胺类、聚环氧树 酯类等高聚物为非结晶性的、分子之间的间隙大的高聚物。用平均链长和密 度比较每个链长的平均占有容积，可以发现高聚物链长方向的截面积与烃类 橡胶相比，约为1.7倍。为此，随着温度的变化，体积的变化增大，折射率 的变化增大。即作为温度传感器可以获得高灵敏度。
为了得到非结晶性高聚物，首先可以在上述列举的硅类、氟类、醚类、 环氧类、橡胶类等高聚物的主链上引入大的侧链基，增加非对称性以期得到 较大的自由体积。作为可以引入的侧链基，主要有乙基、丁基等及其他碳原 子数较大的直链形的、环状的烷基，烯基或者炔基。 一般情况下，侧链的碳 原子个数越多，而且支链越多，则高聚物主链之间的距离越大，主链之间的 相互作用就弱，自由体积大，因此，对温度的感应系数就越大。
作为获得非结晶性高聚物的第二个手段是通过控制聚合条件来调节高聚 物整体结构的不规则性。与高聚物内的分子取向性有关的，不仅是聚合引发 剂，聚合温度、压力、时间以及单量体的浓度等都是重要的要素，需要根据 目的进行选择。但是，并不是自由容积越大越好，必须要根据所要检测的温 度、湿度的范围大小，以及检测精度要求来控制自由容积的程度。
3.感应包覆层的成膜控制
在感应包覆层成膜方面，本发明通过以下两个方面的努力；(1)感应 包覆层的高温处理；(2)进行交联，防老化处理；解决了感应包覆层的化 学性能与结构的稳定化，以及控制感应包覆层的厚度及均匀性等问题。 (1)感应包覆层的高温处理
一般来说，两种以上的高聚物混合时，或者将低分子物质与高聚物相混 合时，其相溶性往往不会太好。因此当两种以上的高聚物为相分离状态时， 或者本来分子量较高的、或者分子量太低的高聚物，用来制作感应包覆层 时，很难得到均匀的感应包覆层。再者，有时因为溶媒的沸点较低，在涂敷 时溶媒蒸发太快，也不易于形成均匀的包覆层。
另外，本发明对感应包覆层12的薄厚的控制也有要求。如果感应包覆 层12太厚，其结构往往是不均匀的，并且容易于从纤芯上脱落下来。这样
不仅会使传感器响应时间延长，而且也会使传感器精度降低；又因为传感器
个体间差异大，不仅加大了传感器应用的难度，也间接提高了传感器成本。
反之，如果感应包覆层12越薄，则响应速度越快。缺点是因变化的单 位物理量而引起的输出变化量要小，感应范围也相应地变小。本发明通过大 量实验发现，根据目的不同，将感应包覆层12的厚度(膜厚)控制在 0. l 3 0 ii m之间，可以获得满意的传感应特性，而膜厚在1 5 y m之 间为最佳。
再者，如果感应包覆层材料的化学结合、官能团处于易于受光、热、 酸、碱、化学气体、化学固态物质等的影响而易于产生化学的、物理的反应 状态的话，那么传感器的耐久性就会成为问题。因此必须施以必要的防范措 施，将感应包覆层材料的这些不稳定的化学结合去除掉，或者使这些化学结 合及官能团处于稳定状态。作为有效的防范措施， 一是对感应包覆层实施高 温老化处理；二是对高聚物实施交联处理，使处于不稳定状态的化学结合转 变为稳定的化学结合。
因此，为了保证能在纤芯的表面上，形成一层不易从纤芯剥离下来的、 结构均匀的、薄厚得当的、化学性能稳定的感应包覆层薄膜，本发明采取的 对策之一就是对感应包覆层实施高温处理。通过高温处理，原本处于不稳定 状态的化学结合将转变为稳定的化学结合。例如对聚甲基苯基硅烷的热处 理，将本来对光、对热都不稳定的Si—Si主链键、及S i —C侧链键打 断、重新与氧原子结合成稳定的O — S i—O键。热处理还可以使膜的结构 更为致密、更为均匀。
处理温度需要根据光纤纤芯的耐热性以及感应包覆层材料的Tg温度或
者熔融温度Tm来决定。例如，采用玻璃纤芯时， 一般可以在感应包覆层材 料的熔融温度Tm以上。但是，在塑料纤芯的情况下，最好不要超过纤芯的 Tg温度。例如，采用玻璃纤芯时，使用聚甲基苯基硅烷作为感应包覆层主 要材料，作为改善性能而辅助性的混合少量的氟类高聚物时，在对感应包覆 层实施高温处理时，因为聚硅垸的分解温度在l 8 (TC以上，为了促进O — S i—O键的形成，热处理温度一般需要设定在该温度以上。如果是分解温 度高的高聚物材料，热处理温度可以设定在促成化学结合转化所需温度附 近。 一般采用混合的高聚物时，可以加热至其熔融温度Tm附近的温度T，
T一般在(Tm— 5 0 °C)《T《(Tm+ 5 0 °C)这一范围内就可以。当然 最为理想的是将热处理温度T控制在(Tm—2 0°C)《T《(Tm+2 0 °C)这一范围内。
采用塑料光纤时，除了考虑感应包覆层的材料的热学特性外，纤芯的热 学特性也必须考虑。要求热处理温度，不会对纤芯造成损伤。 一般情况下， 处理温度最好不要超过纤芯的玻璃化温度Tg，可以将热处理温度控制在 (TK— 5 0°C)《T《(Tg+ 5 0 °C)这一范围内。更为理想的热处理温 度T应该在(Tg—2 0°C)《T《(Tg+2 0°C)范围内。
此外，使用容易发生劣化的高聚物材料时，可以将热处理温度设为其分 解温度Tm以下，辅助使用光照射等其他手段做到既能保证材料不发生劣 化，又能促成化学性能的稳定化。采用紫外线照射，同样可以将对光、对热 都不稳定的Si—Si主链键、及S i —C侧链键打断、重新与氧原子结合成 稳定的O — S i —O键。
通过对感应包覆层实施热处理，不仅能够解决原有技术因采用相分离的 多成分材料、以及成膜性不好的单一材料、特别是高分子量(或者分子量太 低)的高聚物时而存在的感应包覆层的结构不均匀问题、而且还能解决感应 包覆层与纤芯相剥离的问题。高温处理还促使感应包覆层的化学性能及其结 构均达到稳定状态，因此在长期使用过程中不会受环境因素的影响而发生化 学的以及物理的变化。换言之，本发明通过对感应包覆层的热处理极有效的 改善了传感器的耐候性，成数倍的延长了传感器的使用寿命。
(2)进行交联，防老化处理
促成感应包覆层的化学性能与结构的稳定化的另一个手段是可以对高聚 物进行交联处理。这一手段特别适合于高温处理容易发生劣化的高聚物材 料。例如对含有双键，三键结合的高聚物可以通过搀入氧化物，过氧化物， 环氧树酯作为交联剂再经加热，光照射等手段完成交联处理。
当用于感应包覆层12的材料是聚甲稀、聚乙烯、聚乙基乙烯、聚丙 烯、聚正丁烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚丙基乙二烯、聚环戊基乙烯、聚环戊 烷、聚(4一甲基一1一戊烷)、分子量80万以上的聚顺式异戊二烯、分子量 20万以上的聚反式异戊二炼、聚(l， 2 — 丁二烯)、聚(l， 3 — 丁二烯)等橡 胶类高聚物时，加入少量(例如相对于橡胶的重量比在l %左右)的交联催化
剂，可以大大縮短交联的反应时间。这对于使用某些因长时间高温处理有可 能对高聚物造成破坏时是一种有效的避免方法。
下面这些催化剂通常都可以使用硫化剂、过氧化二异丙苯、双(特丁
基过氧化异丙)苯、酯肪族多硫化物、二苯甲酰对醌二亏、苯酚甲醛树酯、 溴甲基对叔辛基苯酚甲醛树酯、溴甲基烷基苯酚甲醛树酯、叔丁基苯酚甲醛
树酯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己垸、不溶性硫磺、氯化硫 磺、对醌二亏、苯酚甲醛树酯、叔辛基苯酚甲醛树酯、烷基苯酚甲醛树酯、 N， N，间亚苯基马来酰亚胺、二叔丁基过氧化物、已二胺氨基甲酸盐、乙二 胺氨基甲酸盐、N， N' -二亚肉桂基-1， 6-已二胺、酯环胺盐、次甲基双邻 氯苯胺、甲苯二异氰酸酯二聚体、3， 3' -二甲基二苯甲垸-4， 4' -二异氰 酸酯、2， 4-甲苯二异氰酸酯、联甲氧基苯胺二异氰酸酯、脲烷交联剂、聚 亚甲基聚苯基异氰酸酯等。
当然，除了交联处理之外，为了促进感应包覆层的化学性能的稳定化， 可以在涂敷工艺之前，在感应包覆层溶液中加入一些常用量的防老化剂，然 后再进行涂敷工艺。例如下面这些防老化剂常可以使用2.6.二.第二丁基 对甲酚、甲基氢基苯并咪唑、2.2.亚甲基.双(4-甲基.6.第三丁基.间.甲 酚)、(2H-苯并三唑-2-基)、甲基_2-氢硫基苯并咪唑、N-苯基-a-萘胺、辛 基化二苯胺、N， N， -二苯基乙二胺、对，对，二氨基二苯胺、4， 4，双(a a-二甲基节基)二苯胺、2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氢化喹啉聚合体、丙酮和 二苯胺高温反应产物2， 6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对叔丁基苯酚、季戊四 醇酯、2，2'-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、N' -二苯基-B萘胺、N， N' -二 (B-萘基)对苯二胺、N- (4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺N， N' -二 苯基丙二胺、聚亚甲基聚苯胺、2， 2, 4-三甲基-1， 2-二氢化喹啉、6-苯 基-2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氢化喹啉、丙酮和苯基-B萘胺低温反应产物、 3-甲基-6-叔丁基苯酚苯乙烯化苯酚、3- (3， 5-二叔丁基-4-氢基苯基)丙 酸十八酯、4， 4，-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2， 2，-亚甲基双 (4-甲基-6-叔丁基苯酚、2， 2，-亚甲基双(4-甲基-a-甲基环已基)苯 酚、三(3， 5-二叔丁基-4-氢基苄基异氰尿酸酯)、二硫代胺基甲酸镍、 3， 5， -二叔丁基-4-氢基苄基磷酸二乙酯、环己基-N，-苯基对苯二胺、N-异丙基-N，-苯基对苯二胺、N-(1,3-二甲基丁基)-N，-苯基对苯二胺、N，
N' -二苯基对苯二胺、2-氢基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-氢基-4-甲氧基二苯 甲酮、三-(1， 2， 2， 6， 6-五甲基哌啶基)_4-亚磷酸酯、2， 2，-亚甲基 双(4-乙基-6-叔丁基酚)、1， 3， 5-三甲基-2， 4， 6-三(3， 5-二叔丁基-4-氢基苄基)苯、2-硫醇基苯并噻唑、2-硫醇基苯并噻唑锌盐、三(壬基苯 基)亚磷酸酯、聚碳化二亚胺、碳化二亚胺、6-乙氧基-2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氢化喹啉、N-环已基对乙氧基苯胺、水扬酸对叔丁基苯酯、2- (2-氢基-5-甲基苯基)苯并三唑等。
对应作为湿度传感器的包覆层材料的纤维素类高聚物等，在高温处理成 膜前，为了促进感应包覆层材料的不稳定化学结合转化成一种稳定的化学结 合，可以在感应包覆层材料溶液内加入适量的S 0、 SO 2、 S i 0、 T i 02、 Si02、 ZnO、 ZnS、 BaS04等无机材料，或F e 、 C u、 Ni、 Ca等牵移金属，或者含有这些无机材料或牵移金属的化合物中 的任何一种。这样可以在纤芯与感应包覆层之间形成稳定的化学结合，不仅 使感应包覆层的化学性能长期处于稳定状态，而且不易从纤芯剥离下来。
或者在纤维素类高聚物内混合入少量的氟类高聚物。当使用玻璃纤芯 时，因为氟元素可以与S i元素形成强有力的化学结合，可以避免感应包覆 层从纤芯上剥离下来。
另外，本发明对感应包覆层的长度也有要求。从本发明的原理考虑，感 应包覆层l 2越长，则灵敏度越高，而纤芯的折射率低于感应包覆层的折射 率的情况下，由于感应包覆层12越长，光的损失越大，在通过光纤进行远 离测定温度和使用分布型温度传感器的情况下，为了保证传感器的灵敏度， 需要使用大功率的光源来提高光源的发光强度。但是，这样一来因发光功率 越大，则会使光源的寿命越短。因此， 一般情况下，感应包覆层1 2的长度 最好不要超过2 0 c m，能控制在3 7 c m之间最为合适。
如果感应包覆层12的折射率低于纤芯11的话，原则上来讲对感应包覆 层12的长度没有限制。但是，例如应用在手持式、管道插入式等对传感器 的尺寸有限制的情况下，其长度也不宜过长，控制在l 0 cm以内为宜。
本发明所提出的光纤传感器10 (包括温度传感器或湿度传感器)的实 际装配组件一种实施例结构如下(参见图3(a) 、 (b))，在光纤纤芯11 上，包覆了对温度、或者湿度敏感的感应包覆层1 2。该传感器l 0的两
端，分别与FC插头3 O相连接。此外，在将光纤弯曲时，要使感应包覆层 1 2的部分处于一端的直线状态，并在其外面套上金属套管21(例如，铝质 带孔的细管)以防止其弯曲，或者受到触碰损伤。在组装时，将构成传感器 的光纤两端的直线部分插入F C插头中间的陶瓷插芯内，并用粘合剂粘牢不 使其滑动、脱落。这样，构成传感器的光纤通过两端的FC插头被传感器保 护盒20上的FC插座3 2所固定。位于保护盒20里面的光纤传感器可以通 过FC插座3 2外侧，由光纤4 l与光电变送器4 O相连接。该传感器组件 结构的优点是在实际装配时，传感器保护盒20的长度不因为光纤部分的长 短而改变。另一个优点是在实际使用时，与传感器的两端相连接的光纤处于 传感器保护盒20—端，有利于使用现场的安装与布线。
本发明所述的光纤传感器10的实际装配组件另一种实施例结构如下 (参见图4(a) 、 (b)):縮短传感器部分的光纤，使其处于直线状态，插入 套管21后，在其两端分别安装上FC插头3 0。该传感器结构的特点是， 因为没有弯曲部分，可以避免因为构成传感器的光纤部分与其外部金属管的 接触而引起信号的不稳定，可以提高测量精度。另外由于这种结构的光在传 输过程中的损失很小，所以即使使用较小的驱动电流驱动LED发光，也可 以保证有足够强的发光强度，以获得较好的传感特性。
上述两种结构的光纤传感器不仅可以应用于一般的民生及工业、农业等 领域，更主要的应用价值体现在它可以应用在防火、防爆等特殊需要领域， 可以使用光纤将本发明传感器与光电变送器连接起来，使用光学手段对远距 离环境、设施、或者设备的温度，湿度进行远隔遥控检测，而不需要对相关 的电气系统部分采取任何防爆措施。
用于连接传感器与光电变送器的光纤可以是多模的，或者是单模玻璃光 纤。当然在几百米以内的短距离输送时也可以使用塑料光纤。
在实施远距离温度，或者温湿度遥控检测的情况下， 一般可以使用一个 光纤湿度传感器与一个光纤温度传感器，使用光纤将温/湿度传感器与光电 变送器连接起来。这时湿度传感器既可以用来计测环境中的湿度，又同时用 来对温度传感器进行计测温度值的修正。
本发明的湿度传感器具有精度高、寿命长的优点，因此在不需要防火、 防爆的情况下，可以根据需要将本发明的光纤湿度传感器与传统的象半导体 式、电阻式等电气驱动方式的温度传感器组合使用。
同样，由于本发明的光纤温度，湿度传感器具有耐腐蚀性、耐酸碱性， 可以根据实际需要单独将本发明的光纤温度及湿度传感器用于易受酸碱腐蚀 的场合，或者与传统的电气驱动式湿度传感器，或者温度传感器组合使用。
还可以将本发明的光纤温度、湿度传感器固定在电气系统内构成小巧 的、便于携带的温湿度计。这时使用的光纤温/湿度传感器，可以在其两端 分别封装上光源及受光装置。
图4及图5给出的两种形式的传感器组装方式，在不需要进行长距离遥 控检测的情况下，可以将L E D和P D分别直接固定在位于传感器保护盒2 0上的FC插座3 2上。这样，例如可以使用导线将传感器与光电变送器连 接起来后，用于远距离温/湿度检测。
为了减少PD的噪音干扰，以获得高精度的温度，湿度的计量装置，例 如手持式温/湿度计量仪等，也可以将传感器与相关电气系统集成一个整 体。这时，可以将上L E D和P D直接封装在传感器光纤的两端。图5 (a)所示的就是这种结构的小型光纤温湿度传感器组件。在该组件中，用 前述的方法，例如将玻璃光纤或者塑料光纤切断为规定的长度，除去反射层 16之后，将感应材料涂敷在纤芯11上，并加以高温处理形成感应包覆层l 2。放入铝套管2 l中，然后在其两端分别封装上LED42和PD43。
该组件设置在中央空调的送风通道以及回风风道时，为了抑制风道的风 速变化所造成的影响，要尽可能使用较细的铝管2 1。例如，对于直径小于 lmm的光纤，金属管的内径最好抑制在2mm以内。
空调的风道所使用的温/湿度传感器组件一种实施例结构是(参见图 5b):光纤温/湿度传感器被固定在金属插管60内，将固定于传感器两端的 PD以及LED用导线6 l从金属插管60的一端引出，与电气系统相连 接，温/湿度传感器组件通过固定座62被固定。
本发明的光纤温度/湿度传感器特别适合于以下特殊场合的应用-
(1) 易燃、易爆的危险场所；
(2) 操作人员不易接近的远距离场所、设备等；
(3) 容易受电磁波影响的场所；
(4) 传统的电气驱动式温度、湿度传感器不能使用的场所。 本发明未述及之处适用于现有技术。
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。 实施例l
将纤芯直径为200 u m(n =1.46，包括高聚物反射层在内的直径为 230u m)的玻璃光纤切断成30c m长，从距离一端2 c m的部位开始，将 光纤浸渍在氯仿中浸泡5分钟后，将高聚物反射层剥除5 cm左右。然后， 将溶解在环己酮的聚偏氟乙烯(PVDF、 Tm = 175°C， n二1.42)溶液加热到 IO(TC后放冷至45°C，在室内温度为25。C的条件下，涂敷在纤芯11上，并 保持在室温条件下放置10小时。之后移入干燥箱内，在真空中，于180 °C，实施30分钟的热处理后，在玻璃纤芯11的表面形成了一层透明的感应 包覆层12。然后使用粘合剂将光纤的两端与陶瓷插芯31粘合，并组装上F C插头30，将光纤的端面充分研磨，即制成温度传感器。
传感器测试系统的结构是(参见图6)，将传感器l 0固定在保护盒2 0上后，设置在恒温恒湿槽5 0中，通过光纤41与光电变送器40相连接。 入射光源采用近红外光L E D (入m a x =810 n m)，受光釆用P D 4 3 ， 用微机4 4进行数据处理。传感器的输出光强度在PD上被转换为光电流， 在通过1MQ的电阻，被转换成电压。将环境湿度设定为5 0%，将温度从 9 0 。C开始下降至4 0 'C。降温速度为1 °C / 1分钟。每降温1 0 'C，保温 240分钟不变，然后再继续进行降温，如此进行阶梯形降温；然后，又以与 降温过程相同的方式进行阶梯形升温，将温度从4(TC上升至9 (TC。微机 44自动记录升/降温过程中的传感器对温度的响应曲线。
该传感器温度响应特性如图7所示，可以看出，随着温度的下降，输出 快速下降。将温度保持在一定值时，输出也保持稳定。从测试结果可知，该 光纤温度传感器，当温度变化某一单位值时，相应的电压变化量较大，所以 使用该光纤温度传感器可以实现高精度的温度测定。 对比实施例1
按照实施例1的方法，涂敷PVDF溶液，在9 0 t下，实施1 2小时的 真空干燥。将FC插头3 O连接在该光纤的两端，用实施例l的条件对传感
器的温度响应进行了评价。结果显示，虽然响应温度变化，但再现特性差。 即如果进行反复升温一降温，不能每次返回到起始位置。
实施例2
将10份PVDF、 l份的聚甲基苯基硅烷(PMPS， Mw二30000、 T g=230 °C， Tm二28CTC， n 二l. 68)溶解于环己酮内配制成5 %的混合溶液，按照 实施例l的步骤，涂敷在实施例l中所使用的同样的玻璃纤芯上。将其在真 空中，于22(TC条件下，进行了3 O分钟的热处理。在该混合比例下，PMPS 在规定的热处理条件下降低到1.55，感应包覆层的折射率为1.43，制成光 纤温度传感器。
按照实施例1的方法将其两端组装上FC插头后，置于恒温恒湿槽5 0 中，在实施例1的条件下，评价该传感器的温度响应特性，可以发现与实施 例1相比，其具有更好的温度响应特性。
该传感器的PMPS与玻璃纤芯之间形成了O — Si—O键，与纤芯形成了 一体，将其投入乙醇、丙酮、甲苯等有机溶剂中，进行超声波清洗，结果没 有发现感应包覆层脱落现象，也没有留下遭受侵食的痕迹。 实施例3
将直径为250u m的PMMA光纤切断为1 0 c m长，浸渍在DMSO 中，剥除反射层后。将l 1份PVDF和2份聚甲基苯基硅垸(PMPS， Tg=230°C， n二1.68)溶解于环己酮内配制成5 Q/^的混合溶液，按照实施 例1的方法，涂敷在PMMA纤芯上。将其在8 (TC下进行1 2分钟的真空
干燥后，即制得光纤温度传感器。
用陶瓷插芯3 1将FC插头3 0与该光纤温度传感器的两端连接，并将 端面充分研磨。将该传感器固定在保护盒2 G内(参见图4 (b))，在恒 温恒湿槽5 0中，按实施例1条件对传感器的温度响应特性进行了评价，结 果显示与实施例1的传感器具有同等的响应特性。
此外，改变PVDF和PMPS的比例进行实验，对于l O份PVD F，以从2份PMPS到0.01份的比例进行混合的溶液用于形成感应包覆 层l 2时，均能获得良好的温度响应特性。
但是，由于实施例3采用的PMMA塑料纤芯，具有较强的吸水性，当 持续在相对湿度为8 5%的环境中对传感器进行连续4 8小时评价时发现， 温度感应特性出现异常，由于输出的不确定性，也难于采取修正措施。
而采用玻璃纤芯的实施例1的温度传感器，在同样的高湿条件下持续进 行72小时以上的实验的结果表明，没有出现类似问题。 实施例4
将纤芯直径为200um、高聚物反射层直径为230um的玻璃光纤切断 成l 0 cm长，浸渍在氯仿中，剥除高聚物反射层后。按照实施例l的步 骤，将5X的PMPS溶液涂敷在玻璃纤芯上。为了使侧链分解而促进氧化 反应的进行，在(比PMP S的Tm28(TC高出7(TC)35(TC下，于空气中热 处理3 O分钟。通过该处理，聚硅烷侧基上的甲基和苯基分解，Si原子与 空气中的氧反应，在聚硅烷的主链之间形成O — Si—O键，转换成玻璃， 从而获得了可以在高温下使用的光纤温度传感器。在这种情况下，在规定热 处理条件下，PMPS的折射率降低至1.55。
将该传感器放入不锈钢制的管子中，通过陶瓷插芯3 1连接F C插头3 0 。采用图6所示的测定系统，在2(TC 250'C的范围内对传感器的温度响 应特性进行了评价。结果显示，虽然在高温条件下，相对于单位温度变化量
的传感器输出变化量较小、但是其分辨能可以达到rc左右，显示出良好的
温度响应特性。 实施例5
将纤芯直径为6um、反射层直径为125um的单模玻璃光纤切断成l 0 cm长。按照实施例l的方法，将5X的PMPS溶液沿光纤的长度方 向，涂敷5 cm左右、在空气中，35(TC高温处理3 0分钟。按照图5a所示 将光纤插入套管内之后在两端分别固定上L E D42和PD43。然后将传感 器插入图5b所示的插管内。用导线将其与光电变送器连接后，设置在上述 的测定装置中，评价它的温度响应特性。结果发现，尽管将感应包覆层涂制 于光纤原有的反射层的表面，但是相对于温度的变化，也显示了良好的温度 响应特性。 对比实施例2 将纤芯直径为5 0 ym、反射层直径为125um的多模玻璃光纤切断成 1 0 c m长。将5 X的PMP S溶液沿光纤的长度方向，涂敷5 c m左右、 在35(TC下烧制3 0分钟。采用了与实施例6同样的封装方式，在传感器两 端分别固定了L E D和P D后，设置在上述的测定装置中评价温度响应特 性，与实施例相比，其灵敏度相当低。
实施例5中使用的是单模光纤，这时的反射层可以视作纤芯。实质纤芯 直径为6 um的纤芯与直径125iim的反射层相比，只占5%左右，故可以 乎略。而对比例2的纤芯直径为50ii m，已经不能忽视，只能作为有反射 层的光纤看待，这样通过从光源发射光大部分通过纤芯传输而不受感应包覆 层折射率变化的影响，受影响的仅是通过反射层的小部分，因此其灵敏度很 低。
实施例6
将乙烯与丁二烯的单量体按1 : 9的比例聚合后得到分子量为2 0 0 , 0 0 0的高聚物，之后将该高聚物溶解于环己烷溶剂中配制为6%的溶液， 再添加微量的硫黄粉体(对高聚物的重量比为1 %)，及加硫催化剂N-环已 基-2-苯并噻唑次磺酰胺(对高聚物的重量比为1 %)，将硫黄粉体及加硫催 化剂完全溶解后，将溶液放冷到3 (TC后，在2 5'C的室温条件下涂敷在芯 径为200um的玻璃纤芯的表面上。然后，在真空状态下，于18(TC加热2 O分钟，对高聚物进行交联处理。然后按上述方法将光纤穿入带有小孔的铝 管内，在两端安装上FC插头。使用上述检测装置对该温度传感器进行了评 价。结果显示，具有良好的温度响应特性。
本实施例使用交联处理的橡胶形成的感应包覆层，由于膜内存在着较大 的微小空间，因此对温度的变化也十分敏感。另外，还具有不受湿度影响及 其他气体影响的特点。 实施例7
将聚乙烯咔唑与聚偏二氟乙稀按7:3的比例溶解于环己酮内而配制成
3%的混合溶液。待溶液冷却到4 (TC时涂敷在芯经为2 0 0 um的玻璃纤 芯上。于室温自然干燥l 2小时后，移至干燥箱内抽完真空后，18(TC处理 3 0分钟。再在光纤两端接上FC插头后，固定在图6所示的箱体内对其温
度相应特性进行了评价。该传感器从零下20 16(TC的范围内具有良好的、
线性的温度响应特性。
实施例8
将8份酚醛树酯、1份PMPS、 1份PVDF混合后，溶解于DMS 0中。然后将铁搅拌棒放入该混合溶液中，在8 (KC下进行7 2小时的搅 拌。在溶液冷却到6 (TC后，涂敷在芯经为2 0 0 nm的玻璃纤芯外表，并 在2 5r的室内干燥2 4小时，在16(TC下进行2小时真空高温处理。通过 该高温处理，聚硅烷侧链上甲基和苯基分解并与空气中的氧反应，不仅聚硅 烷主链之间，同时与玻璃纤芯之间也形成O — S i—O键，因此感应包覆层 不仅不会从纤芯剥离，而且感应包覆层的化学性能稳定、膜厚均匀。该湿度 传感器也可以在高温下使用。在前述反应中，铁在酚醛树酯之间形成错体， 提高了吸湿性，并且不易受其他气体的影响。将光纤装入不锈钢管中，在两 端通过陶瓷插芯3 1与F C插头相连接。使用图6所示的评价系统，在100 'C下2 0 9 8%的湿度范围，对传感器特性进行了评价，具有很好的湿度 响应特性(参见图8)。
将9份羟乙基纤维素(Tg二135 14(TC， Tm=165。C，在相对湿度为70 %时折射率n二1.52)、 1份P VD F溶解在DMS O中，配制成3%的混合 溶液，放冷至2 5'C后涂敷在芯径为2 Q 0 um的玻璃纤芯外围之后，在 18(TC温度下实施3 O分钟的真空高温处理。按上述方法将光纤插入金属管 后并在两端分别组装上FC插头，将光纤的两端研磨后，设置在评价装置 中，在室温条件下，在3 0 9 OQX的湿度范围内，进行评价的结果表明，
该湿度传感器具有线性相关关系，且灵敏度很高。 对比实施例3
将在实施例9中配制的溶液在同样的条件下涂敷在同一种纤芯外表后， 改为在室温条件下放置4 8小时干燥后，做成湿度传感器。实验结果表明其 湿度感应范围降低到5 0 8 0%。并且温度对传感器的影响也较实施例9 所得的湿度传感器大得多。 对比实施例4
将4份羟乙基纤维素、1份PVDF溶解在DMS0中，配制成3%的 混合溶液涂敷在直径lmm的PMMA纤芯上，在室温下干燥7 2小时。光 纤两端面研磨之后，并固定好LED以及PD，设置在上述的评价装置中， 在规定条件下评价其感应特性，只在6 0% 8 0%的狭窄湿度范围内具有 线性相关关系。
这两个对比例与实施例9相比，不仅感应湿度范围变窄，对于湿度的灵 敏度下降。就是说湿度每变化l %时的传感器输出变化也小。这是因为在结 构上，包覆层的折射率高于纤芯，光的损失大是一个原因(对比实施例4)。 另外，在室温下干燥的包覆层不够紧密，间隙尺寸大，不能获得与湿度变化 相应的体积变化也是一个原因(对比实施例3 )。
另外，对比例4中的传感器由于PMMA的吸水性，当持续在相对湿度 为8 5%的环境中对传感器连续进行4 8小时以上的评价发现，湿度感应特 性十分不稳定(参见图9)。
实施例和对比例验证了对感应包覆层实施高温处理的效应。由于包覆层 的热处理温度不同，就会对传感器的响应特性产生决定性的影响。因此热处 理温度的把握是决定传感器性能的一个关键点。这是因为热处理温度直接影 响感应包覆层的结构及其化学性能的稳定性所至。几个使用塑料纤芯的实施 例中的传感器，由于难于实施高温处理，所以存在感应包覆层的结构及化学 性能的不稳定性，加之前述的塑料纤芯的吸湿问题，所以使用塑料纤芯的湿 度传感器的性能是不稳定的。 实施例10
将醋酸纤维素溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成3%的溶液，按照 实施例1的步骤涂敷在纤芯径为200u m的玻璃芯上之后，在20CTC下实施 3 0分钟的真空干燥。将光纤的两端面进行研磨。连接上FC插头形成湿度 传感器。将该传感器设置在上述的评价装置中，在规定条件下评价其传感检 测特性，在2 0 9 8%的湿度范围内，具有很好的线性相关关系。 实施例11
作为应用，将实施例9中制作的湿度传感器，与在实施例6中制作的温 度传感器安装在图4(b)所示的保护外壳20内，分别通过两组长100m，光
纤芯径为50 u m，反射层直径为125 ii m的玻璃光纤将温度及湿度传感器与 温湿度变送器相连接，构成了可以远距离遥控的温/湿度计量装置。
该温/湿度计量装置的温/湿度变送器(即电气系统)的构成具有以下特 征(l)因为LED的发光寿命满足不了实用要求，为了延长LED的使 用寿命，采取了间歇式工作方式。因此有一个脉冲信号处理部分。只要调节 间断时间的长短，可以最大限度地延长L E D的使用寿命；(2)采用了可 以获得稳定发光强度的定电流驱动的发光处理部分；(3)为了对L E D的 发光强度的经时衰减、及环境温度变化而引起的L E D发光强度变化进行修 正，导入了修正发光量的反馈处理部分，包括经过反馈电路自动调节LED 的驱动电流，及在软件上根据经过时间及温度值自动进行修正处理；(4) 采用了低减噪音干扰的受光处理部分；(5)演算处理部分，可以根据瞬间 接收到的传感器输出信号，自动进行智能型处理决定出实际的温度或者湿度 值；(6)温度值修正处理部分，根据湿度及其他情况而造成的误差程度对 测量到的温度值进行修正处理；(7)湿度值修正处理部分，根据温度及其 他情况而造成的误差程度对测量到的湿度值进行修正处理；(8)校正温度 处理部分，做到了只要将现场的温度值输入计量装置，即可自动调节温度基 准点，并能自动调整计算基础参数的简捷方式；(9)校正湿度处理部分， 同样只要将现场的湿度值输入计量装置，即可自动调节湿度基准点，并能自 动调整计算基础参数；(10)信号输出及终端控制处理部分，包括RS4 8 5接口，显示及终端控制功能；(11)系统自检处理部分，可以自动检验传 感器部分、电气系统、输出部分以及传输部分是否正常；(12)异常检知及 警报处理部分，主要是在工作过程中因为外界因素所引起的测量值异常时， 做出必要的警报。
该温/湿度计量装置整体展现了以下几个特征(1)计量精度高，温度 误差为正负0 .5'C以内，由于湿度传感器受温度的影响有限(温度每变化1 (TC时，对湿度值的影响在0.5%以下)，加之灵敏度高，所以湿度的计量 误差在正负1%以内；(2)由于采用光纤进行信号的输送，加之温湿度传 感器都是光学工作原理，所以适合于需要防火、防爆等危险区域的温/湿度 计测；(3)由于光纤湿度传感器不怕灰尘，不受酸，碱，盐的腐蚀，与传统
的电容式，半导体式湿度传感器相比，使用寿命长2倍以上；(4)整个系
统抗干扰能力强，工作稳定，可靠性高；(5 )便于现场安装及维修。
本发明所述的实施例及对比实施例，只是本发明所实施的实验例的一部 分。发明人实际上采用本发明所列举的各种纤芯材料，以及对多达数十种的 感应包覆层材料所作的实验结果表明，在本发明所述的实验条件下，在较宽 的温度和/或湿度范围内，本发明所述的传感器都具有良好的响应特性，特 别是在所述优选的参数条件下。
权利要求
1.一种光纤温度传感器，其特征在于该传感器是由折射率为n0的光纤纤芯和折射率为nc的感应包覆层所构成，且该感应包覆层中至少含有一种折射率能够随温度变化而变化的高聚物或低分子材料；所述的光纤为玻璃光纤或塑料光纤，纤芯直径为5μm～3mm；所述感应包覆层的厚度为0.1～30μm，感应包覆层的长度不超过20cm。
2. 根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于所述的光纤为 单模玻璃光纤，纤芯直径为5 12um;所述感应包覆层的厚度为1 5 ti m，感应包覆层的长度为3 7 cm;且设计所述光纤纤芯及其感应包覆层 间的折射率差异的绝对值为0 0. 5。
3. 根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于所述的折射率 为n Q的光纤纤芯和折射率为n 。的感应包覆层之间存在折射率为n i的反射 层，且所述的玻璃光纤或塑料光纤为单模光纤。
4. 一种光纤湿度传感器，其特征在于该传感器是由折射率为n。的光纤 纤芯和折射率为n 。的感应包覆层所构成，且该感应包覆层中至少含有一种 折射率能够随湿度变化而变化的高聚物或低分子材料；所述的光纤纤芯直径 为5um 3mm;所述感应包覆层的厚度为0. 1 30um;感应包覆层的 长度不超过2 0 c m。
5. 根据权利要求4所述的光纤湿度传感器，其特征在于所述的光纤为 单模玻璃光纤，纤芯直径为5 12u m;所述感应包覆层的厚度为1 5 u m，感应包覆层的长度为3 7 c m;且设计所述光纤纤芯及其感应包覆层 间的折射率差异的绝对值为0 0. 5。
6. 根据权利要求4所述的光纤湿度传感器，其特征在于所述的折射率 为n o的光纤纤芯和折射率为n 。的感应包覆层之间存在折射率为n ;的反射 层，且所述的玻璃光纤或塑料光纤为单模光纤。
7. —种权利要求1所述的光纤温度传感器的制造方法，其特征在于该 制造方法以所述的玻璃光纤或塑料光纤为传感器的光纤纤芯，将所述感应包 覆层材料在其溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到2 0 — 6 (TC，然后将 该溶液均匀涂敷在所述玻璃光纤或塑料光纤纤芯的外表面，在2 0 — 4 (TC 的条件下晾干后，再经热处理或交联处理后即得；当选用玻璃光纤为传感器 的光纤纤芯时，所述热处理的温度T条件为(Tm-5 0°C)《T《(Tm + 5 (TC)，所述的Tm为感应包覆层材料的熔融温度；当选用塑料光纤为 传感器的光纤纤芯时，所述热处理的温度T条件为(Tg—5 0°C)《T 《(Ts+5 (TC)，所述的Tg为塑料光纤纤芯材料的玻璃化温度。
8. 根据权利要求7所述的光纤温度传感器的制造方法，其特征在于在 所述的涂敷之前，在所述感应包覆层材料溶液中加入防老化剂，然后再进行 所述的涂敷。
9. 一种权利要求4所述的光纤湿度传感器的制造方法，其特征在于该 制造方法以所述的玻璃光纤或塑料光纤为传感器的光纤纤芯，将所述感应包 覆层材料在其溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到2 0 — 6 (TC，然后将 该溶液均匀涂敷在所述玻璃光纤或塑料光纤纤芯的外表面，在2 0 — 4 0 °C 的条件下晾干后，再经热处理或交联处理后即得；当选用玻璃光纤为传感器 的光纤纤芯时，所述热处理的温度T条件为(Tm—5 0°C)《T《(Tm + 5 (TC)，所述的Tm为感应包覆层材料的熔融温度；当选用塑料光纤为 传感器的光纤纤芯时，所述热处理的温度T条件为(Tg—5 (TC)《T 《(Ts+5 (TC)，所述的Tg为塑料光纤纤芯材料的玻璃化温度。
10. 根据权利要求9所述的光纤湿度传感器的制造方法，其特征在于在 所述的涂敷之前，在所述感应包覆层材料溶液中加入防老化剂，然后再进行 所述的涂敷。
11. 根据权利要求9或10所述的光纤湿度传感器的制造方法，其特征 在于在所述的涂敷之前，在所述感应包覆层材料溶液中加入无机材料S 0、 S02、 SiO、 Ti02、 Si02、 ZnO、 ZnS、 BaS04,或牵移 金属Fe、 Cu、 Ni、 Ca,或者含有所述无机材料或牵移金属的化合物 中的任何一种。
12. —种温度计量装置，包括；脉冲信号处理部分、发光处理部分、修 正发光量的反馈处理部分、演算处理部分、温度值修正处理部分、校正温度 处理部分、信号输出及终端控制处理部分、系统自检处理部分和异常检知及 警报处理部分，和用于传输温度信号的光纤或者电线，其特征在于该温度计 量装置使用权利要求1、 2或3所述的光纤温度传感器，并在所述光纤温度 传感器的两端分别封装发光装置及受光装置。
13. —种湿度计量装置，包括；脉冲信号处理部分、发光处理部分、修正发光量的反馈处理部分、演算处理部分、湿度值修正处理部分、校正湿度 处理部分、信号输出及终端控制处理部分、系统自检处理部分和异常检知及 警报处理部分，和用于传输湿度信号的光纤或者电线，其特征在于该湿度计量装置使用权利要求4、 5或6所述的光纤湿度传感器，并在所述光纤湿度 传感器的两端分别封装发光装置及受光装置。
全文摘要
本发明涉及一种光纤温/湿度传感器及其制造方法和用途。该光纤温/湿度传感器的特征在于是由折射率为n₀的光纤纤芯和折射率为n_c的感应包覆层所构成，且该感应包覆层中至少含有一种折射率能够随温/湿度变化而变化的高聚物或低分子材料；所述的光纤为玻璃光纤或塑料光纤，纤芯直径为5μm～3mm；所述感应包覆层的厚度为0.1～30μm，感应包覆层的长度不超过20cm。该传感器制造方法采用本发明所述的光纤纤芯，将所述感应包覆层材料在其溶剂中加热到完全溶解状态后，冷却到20-60℃，然后将该溶液均匀涂敷在所述玻璃光纤或塑料光纤纤芯的外表面，晾干后，再经热处理或交联处理后即得。
文档编号G01N21/41GK101109664SQ20071005919
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者梁传信 申请人:李亚滨