一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器及其制备的制作方法

本发明涉及一种传感器，特别是一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器及其制备方法。

背景技术：

常规传感器作为采集控制点数据的专业器件，常用的单一温度传感器单一压力传感器单一湿度计种类繁多。理想的温度压力湿度传感器应该具有成本低廉、制备简单和通用性强等特点。常规传感器在电力、汽车、家具、工业制造等行业具有广泛的应用前景，但是常规温度或压力或湿度传感器大都基于硬性材料制备而成，不适用于人体表面或具有不规则曲面的数据检测，存在加工成本高、流程复杂等问题。同时，常规的传感器大都相互分立单独测量，且单一测量一种参数或两种参数。一方面无法满足人们对多参数测量的需求，另一方面增加了后续设计成本。

综上，需要提供一种加工简易，成本低廉的同时满足多参数测量需求，可用于人体健康监测的柔性温度压力湿度传感器。

技术实现要素：

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种实验室可行的基于光纤光栅原理的柔性多温度压力湿度传感器及其制备的方法。

本发明的技术方案是:

所述传感器包括测量温度、压力和湿度的三部分布拉格光纤光栅。所述柔性多参量传感器包括多条熔接在一起的布拉格光纤光栅，以及外封装层pdms薄膜；所述熔接在一起的光纤光栅包括三条测温度的布拉格光纤光栅通道，三条测压力的布拉格光纤光栅通道以及三条测湿度的布拉格光纤光栅通道；所述外封装层包括将测量温度与压力的六处光纤光栅封装起来的pdms薄膜；本发明所用的pdms薄膜为有机硅，即聚二甲基硅氧烷，具有无毒、高透气性、疏水性、防水性高弹性，避免了湿度对温度压力测量的影响。所述每条通道的光纤光栅接头处分别引出，与宽带光源和探测头相连，有微小的温度压力湿度变化，就足以导致通道里的传播光波长的变化，采用光谱仪测量波长，从而检测出温度压力湿度的变化。

优选的，所述布拉格光纤光栅纤芯两侧长为300mm。

优选的，所述测量温度的三条布拉格光纤光栅竖排纵向分布位于左列，后一个与前一个相距4-5cm，如附图1所示。

优选的，所述测量压力的三条布拉格光纤光栅竖排纵向分布位于右列，后一个与前一个相距4-5cm，如附图1所示。

优选的，所述测量湿度的三条布拉格光纤光栅一条分布在两列中间位置的首端，另外两条对称分布在两列中间位置的尾端，左右分布，呈45°“八”字分布。

与现有技术相比，本发明的优异效果是:1.本发明的制作方法上运用了熔接技术以及光纤光栅原理，操作简单方便，原理易懂，测量数据单一，均为波长测量，便于计算和理解。

2.本发明的结构上可以实现多定点全方位多参数实时测量，测量得到的数据全面准确。

3.本发明的原材料上采用裸光纤光栅，成本低廉，可大规模生产；同时，裸光纤光栅可以实现柔性，完美与不规则表面如人体表面相贴合，应用在诸如智能可穿戴设备、电子皮肤等行业。

4.本发明的传感器制备方法为利用光纤熔接机将裸光纤光栅与探测头引线相熔接，并用pdms薄膜将光纤光栅封装并固定，实现可以附着在织物上的柔性测量。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1:本发明实施例中以测量足部健康参数为例，展示一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器结构分布示意图。

图2：本发明实施例中一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器结构立体剖面图。

其中，1:第一号温度光栅；2:第二号温度光栅；3:第三号温度光栅；4:第一号湿度光栅；5:第二号湿度光栅；6:第一号压力光栅；7:第二号压力光栅；8:第三号压力光栅；9:第三号温湿度光栅;10:pdms薄膜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例以足底的温度压力湿度参数以及传感器分布结构为例。实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

本发明提供的一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器的实施例如图1所示，具体为:该传感器包括用做主体的九根裸布拉格光纤光栅和用作外封装层的pdms薄膜，其中主体部分主要包括第一号温度光栅1、第二号温度光栅2、第三号温度光栅3、第一号湿度光栅4、第二号湿度光栅5、第一号压力光栅6、第二号压力光栅7、第三号压力光栅8和第三号湿度光栅9，外封装层是pdms薄膜10。其中，第一号温度光栅1、第二号温度光栅2、第三号温度光栅3、第一号湿度光栅4位于左列，第三号压力光栅8、第二号压力光栅7、第一号压力光栅6、第二号湿度光栅5位于右列，四排光栅分为两列分别一一对应，呈对称分布，第三号湿度光栅9位于两列的首端中央位置，第一号湿度光栅4与第二号湿度光栅5对称分布在两列的尾端中央位置，左右分布，呈45°“八”字分布。pdms薄膜10位于九根光纤光栅底部，同时将测量温度压力的六根布拉格光纤光栅外部封装起来。

本实施例中，将9根光纤光栅用光纤熔接机分别与探测头接头进行熔接。

将测量温度与压力的六根布拉格光纤光栅的纤芯部分进行封装，封装完进行各参数的标定测量，利用光谱仪分别单独测出不用温度压力湿度情况下的波长，计算出与之相对应的温度压力湿度参数，进行标定。

标定完成后，对传感器进行最后的外封装，对九根布拉格光纤光栅进行固定，同时以满足不规则表面温度压力的检测工况要求。

本实施例中，当温度变化时，温度光纤光栅中宽带光波长发生永久性改变，进而通过波长测量值的变化确定温度变化。

本实施例中，当压力改变时，压力光纤光栅中宽带光波长发生永久性改变，进而通过波长测量值的变化确定压力变化。

本实施例中，由于测量温度与压力的光纤光栅都由pdms薄膜封装，故不会受到湿度改变的影响。

最后应当说明的是:所描述的实施例仅仅是对本发明的进一步解释，不代表本发明保护范围仅限于此，凡是以本发明的思路所做的等效替换均在本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种基于光纤光栅原理的柔性多参量传感器及其制备方法。所述传感器包括多条熔接在一起的裸光纤光栅，以及外封装层PDMS薄膜；所述熔接在一起的光纤光栅包括三条测温度，三条测压力以及三条测湿度的裸光纤光栅通道；所述外封装层包括将测量温度与压力的六处光纤光栅封装起来的高分子聚合物薄膜；本发明所用的高分子聚合物薄膜为有机硅，即聚二甲基硅氧烷，具有无毒、高透气性、疏水性、防水性高弹性，避免了湿度对温度压力测量的影响。所述每条通道的光纤光栅接头处分别引出，与宽带光源和探测头相连，有微小的温度压力湿度变化，就足以导致通道里的传播光波长的变化，采用光谱仪测量波长，从而检测出温度压力湿度的变化。

技术研发人员：侯鳗玲;彭作蕊;何金;周昊
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2019.04.08
技术公布日：2019.07.05