一种光纤温湿度传感器及光纤温湿度传感系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤温湿度传感器及光纤温湿度传感系统，光纤温湿度传感器主要由单模光纤、四叶草微结构光纤、紫外固化胶层三部分组成；四叶草微结构光纤一端与单模光纤熔接，熔接处形成第一反射面；四叶草微结构光纤另一端通过点胶并固化的方式制备紫外固化胶层，四叶草微结构光纤与紫外固化胶层之间形成第二反射面，紫外固化胶层与外界空气之间形成第三反射面，由三个反射面形成三个F?P腔结构；本实用新型具备集成度高，测量准确，灵敏度，响应速度快，抗电磁干扰等特点，不仅适于单点温湿度测量，也可实现多点准分布式温湿度监控。
【专利说明】
一种光纤温湿度传感器及光纤温湿度传感系统
技术领域
[0001]本实用新型属于光纤传感领域，特别涉及一种基于微结构光纤和紫外固化胶的光纤温湿度传感器以及基于该光纤温湿度传感器的光纤温湿度传感系统。
【背景技术】
[0002]近年来，光纤传感技术的飞速发展得到了越来越广泛的关注，与传统的电学传感器相比，光纤传感器的灵敏度、动态测量范围、响应时间等传感参数都有很大的提升，且本身体积小重量轻，抗电磁干扰，易实现低成本远距离准分布式传感，因而广泛应用于农业仓储、机械制造、医药生产、航空航天和国防科技等领域。其中环境湿度，作为生产生活中最基本且重要的传感参量，对其进行精确解调已成为光纤传感研究领域的热点之一。
[0003]基于不同的结构，人们提出了多种光纤湿度传感器方案，如Sens.Actuators BChem.147 ,385-391 (2010)和IEEE Sensors J，13(5) ,2026-2031 (2013)这两篇文章所提出的，基于光纤干涉仪结构结合湿度膜材料的传感器设计方案，湿度膜材料折射率的变化，弓丨起干涉仪干涉波长的漂移，从而解调出湿度信息；又如Appl.0pt.52(1), 90-95(2012)和IEEE Photon.Tech.Lett.21(7) ,441-443(2009)所提出的分别基于湿度膜修饰的长周期光栅和倾斜光栅结构的湿度传感器，湿度膜材料折射率的变化，引起长周期光栅波长的漂移或者是倾斜光栅包层谐振模式的能量衰减，从而解调出湿度信息。但这些方案都基于透射光谱，同时存在较大的温度或者应力交叉敏感问题，限制了实际的应用领域，特别是分布式传感的可行性。另一方面，由于相对湿度是温度的函数，温度的改变会对湿度值产生较大影响，在实际应用场合，同时给出温度和湿度信息才有意义。因此实现对环境温度和湿度的同时测量，并易于分布式组网的光纤传感器方案显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种光纤温湿度传感器及光纤温湿度传感系统。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种光纤温湿度传感器，它由单模光纤、四叶草微结构光纤和紫外固化胶层组成；四叶草微结构光纤一端与单模光纤熔接，熔接处形成第一反射面；四叶草微结构光纤另一端固定紫外固化胶层，四叶草微结构光纤与紫外固化胶层之间形成第二反射面，紫外固化胶层与外界空气之间形成第三反射面，由三个反射面形成三个F-P腔结构;所述四叶草微结构光纤外径为125微米，光纤纤芯的内径为11微米，光纤纤芯的周围对称开有四个圆心角为85度，半径为64微米的扇形空气孔。
[0006]—种含有上述光纤温湿度传感器的光纤温湿度传感系统，还包括宽谱光源、光谱仪、光纤耦合器、数据采集处理器和温湿度控制箱;光纤耦合器的两个分路端分别与宽谱光源和光谱仪进行连接，光纤耦合器的合路端与光纤温湿度传感器相连，光纤温湿度传感器置于温湿度控制箱中；数据采集处理器与光谱仪相连。
[0007]本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0008]1、本实用新型提出的基于微结构光纤和紫外固化胶的温湿度传感器是光纤反射式结构，具有结构紧凑、体积小、抗电磁干扰等特点，尤其在大范围、远距离、恶劣环境下易于实现多点准分布式光纤传感。
[0009]2、本实用新型提出的温湿度解调方法是基于频率信息进行的，通过对光谱进行傅里叶变换得到相位信息，实现温湿度传感信息解调。与传统的光谱波长、强度等解调方法相比，具有更高的灵敏度，且对干涉式的准分布式传感而言，多个传感头的反射信息叠加后形成的光谱杂乱，很难提取波长、强度变化信息，而在频域中进行分析时，不同腔长对应的特征频率可以很容易分开和提取，方便传感信息的解调，优势明显。
[0010]3、由于相对湿度是温度的函数，实际应用场合要给出某个温度下的湿度信息才有意义。本实用新型提出的基于微结构光纤和紫外固化胶的光纤温湿度传感器是双F-P腔结构，可以同时解调温度和湿度信息，从而可以满足实际应用层面对湿度的精确传感要求。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型中所使用的四叶草微结构光纤截面示意图；
[0012]图2是本实用新型的光纤温湿度传感器的结构示意图；
[0013]图3是本实用新型的光纤温湿度传感系统示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0015]附图1给出了本实用新型中所用的四叶草微结构光纤截面示意图。此种光纤的外径与普通单模光纤相同，均为125微米，光纤纤芯的内径为11微米。由于纤芯4的周围对称分布着四个圆心角85度，半径64微米的扇形空气孔5，因此命名此种特殊的微结构光纤为四叶草微结构光纤。
[0016]附图2给出了本实用新型的基于四叶草微结构光纤和紫外固化胶的光纤温湿度传感器的结构示意图，它主要由单模光纤1、四叶草微结构光纤2、紫外固化胶层3三部分组成。单模光纤I和四叶草光纤2利用光纤熔接机进行熔接，由于四叶草微结构光纤纤芯4的直径为11微米，与单模光纤芯层直径失配，因此此处形成一个第一反射面6。显微镜下，通过点胶的方式在四叶草微结构光纤2后端制备紫外固化胶层3，并在紫外固化灯下进行固化，形成四叶草微结构光纤2与紫外固化胶层3之间的第二反射面7，以及紫外固化胶层3与空气之间的第三反射面8。由三个反射面6，7，8形成的三个F-P腔结构，最终构成本实用新型的光纤F-P型温湿度传感器。
[0017]如附图3所示，利用上述光纤温湿度传感器13的温湿度传感系统包括宽谱光源10、光纤耦合器12、光谱仪11、数据采集处理器15以及温湿度控制箱14。首先将光纤耦合器12的两个分路端12-1，12-2分别与宽谱光源10和光谱仪11进行连接，再将光纤耦合器12的合路端12-3与光纤温湿度传感器13相连，最后将光纤温湿度传感器13放入温湿度控制箱14中，进行温湿度测试，再将光谱仪11接收到的光谱信息传输到数据采集处理器15中进行数据分析。
[0018]本实用新型提出的基于微结构光纤和紫外固化胶的温湿度传感器是光纤反射式结构，具有结构紧凑、体积小、抗电磁干扰等特点，尤其在大范围、远距离、恶劣环境下易于实现多点准分布式光纤传感。
【主权项】
1.一种光纤温湿度传感器，其特征在于，它由单模光纤(I)、四叶草微结构光纤(2)和紫外固化胶层(3)组成;所述四叶草微结构光纤(2)—端与单模光纤(I)熔接，熔接处形成第一反射面(6);四叶草微结构光纤(2)另一端固定紫外固化胶层(3)，四叶草微结构光纤(2)与紫外固化胶层(3)之间形成第二反射面(7)，紫外固化胶层(3)与外界空气之间形成第三反射面(8)，由三个反射面(6，7，8)形成三个F-P腔结构;所述四叶草微结构光纤外径为125微米，光纤纤芯的内径为11微米，光纤纤芯的周围对称开有四个圆心角为85度，半径为64微米的扇形空气孔(5)。2.—种含有权利要求1所述光纤温湿度传感器的光纤温湿度传感系统，其特征在于，还包括宽谱光源(10)、光谱仪(11)、光纤耦合器(12)、数据采集处理器(15)和温湿度控制箱(14)；光纤耦合器(12)的两个分路端(12-1,12-2)分别与宽谱光源(10)和光谱仪(11)连接，光纤耦合器(12)的合路端(12-3)与光纤温湿度传感器(13)相连，光纤温湿度传感器(13)置于温湿度控制箱(14)中；数据采集处理器(15)与光谱仪(11)相连。
【文档编号】G01D21/02GK205607440SQ201620366269
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】严国锋, 王成梁, 何赛灵
【申请人】浙江大学