一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置的制作方法

本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置。

背景技术：

湿度，是一种表示大气干燥程度的物理量。在温度恒定的条件下，空气越干燥则水汽越少；空气越潮湿则水汽越多。随着我国现代化进程的加快，空气湿度不仅是工业、农业、环境监测等领域的重要指标，而且与人类的日常生活密切相关。空气相对湿度过低的话容易引发各种流行疾病，还会降低呼吸系统抵抗力，在一定程度上加大了呼吸道疾病的概率；空气湿度过高时，体内的甲状腺素和肾上腺素浓度相对较低，人类长时间处于这种环境下，容易患湿痹症，对人体健康非常不利。因此，对于湿度的精准检测越来越受到人们的重视，具有重要的科研意义以及研究价值。

目前，传统的电子湿度传感器被广泛应用于外界环境的湿度测量，但是，此种类型的湿度传感器精度不足，并且在禁止明火、高温高压、强电磁干扰等环境中，传统的电子湿度传感器的稳定性不足，灵敏度较差。因此，光纤光栅湿度传感器进入了人们的生活工作当中。与传统的电子湿度传感器相比，光纤光栅湿度传感器具有远距离传输、抗电磁干扰、无电火花、灵敏度高等优点，是精准测量湿度以及探测特殊环境湿度的一种重要的方式。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，是为了解决现有湿度传感器的精确度不足、稳定性差、灵敏度较低等问题。

为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：

提供了一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：它包括宽带光源(1)、隔离器(2)、光纤耦合器(3)、湿敏探头(4)、参考光纤光栅(5)、光谱仪(6)；

湿敏探头(4)包含聚乙烯醇薄膜(4-1)和微纳光纤光栅(4-2)，将聚乙烯醇溶液滴覆在微纳光纤光栅(4-2)，经过干燥处理后形成聚乙烯醇薄膜(4-1)；宽带光源(1)发出的连续宽带光经隔离器(2)传输到光纤耦合器(3)分为两束光，一束光传输到湿敏探头(4)，另一束光传输到参考光纤光栅(5)，被反射回来的两束光再次经光纤耦合器(3)进入到光谱仪(6)。

所述的宽带光源(1)的波长范围为400nm-800nm。

所述的光纤耦合器(3)具有四个端口，且同侧端口的耦合比为1:1。

所述的微纳光纤光栅(4-2)是将光纤光栅通过氢氟酸腐蚀得到的，其中聚乙烯醇薄膜(4-1)包裹在微纳光纤光栅(4-2)的锥体部分。

所述的聚乙烯醇薄膜(4-1)是由浓度为10％的聚乙烯醇溶液经干燥处理后得到。

本实用新型专利提供了一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，该传感装置改善了现有湿度传感器的精确度不足、稳定性差、灵敏度较低等问题。

本实用新型的有益效果是：本实用新型针对现有湿度传感器的精确度不足、稳定性差、灵敏度较低等问题，提出改进方案。湿敏探头包含聚乙烯醇薄膜和微纳光纤光栅，聚乙烯醇溶液滴覆在微纳光纤光栅上，经过干燥处理后形成聚乙烯醇薄膜。当外界环境的湿度发生变化时，聚乙烯醇薄膜能够快速吸收和解析周围的水分,与外界湿度达到平衡，由此引起微纳光纤光栅的反射谱波长发生漂移，进而与参考光纤光栅的反射谱发生不同程度的重叠，通过观察光谱的变化实现对外界湿度的检测。该全光纤湿度传感装置具有精确度高、稳定性好、灵敏度高等特点。

附图说明

图1为一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置的结构示意图。

图2为湿敏探头的微观放大图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，如图1所示，它包括宽带光源(1)、隔离器(2)、光纤耦合器(3)、湿敏探头(4)、参考光纤光栅(5)、光谱仪(6)；

湿敏探头(4)包含聚乙烯醇薄膜(4-1)和微纳光纤光栅(4-2)，将聚乙烯醇溶液滴覆在微纳光纤光栅(4-2)，经过干燥处理后形成聚乙烯醇薄膜(4-1)；宽带光源(1)发出的连续宽带光经隔离器(2)传输到光纤耦合器(3)分为两束光，一束光传输到湿敏探头(4)，另一束光传输到参考光纤光栅(5)，被反射回来的两束光再次经光纤耦合器(3)进入到光谱仪(6)。

所述的宽带光源(1)的波长范围为400nm-800nm。

所述的光纤耦合器(3)具有四个端口，且同侧端口的耦合比为1:1。

所述的微纳光纤光栅(4-2)是将光纤光栅通过氢氟酸腐蚀得到的，其中聚乙烯醇薄膜(4-1)包裹在微纳光纤光栅(4-2)的锥体部分。

所述的聚乙烯醇薄膜(4-1)是由浓度为10％的聚乙烯醇溶液经干燥处理后得到。

工作原理：

一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置：

工作过程：如图1所示，宽带光源(1)发出的连续宽带光经隔离器(2)传输到光纤耦合器(3)分为两束光，一束光传输到湿敏探头(4)，当外界环境的湿度发生变化时，聚乙烯醇薄膜(4-1)能够快速吸收和解析周围的水分,与外界湿度达到平衡，由此引起微纳光纤光栅(4-2)的反射谱波长发生漂移，另一束光传输到参考光纤光栅(5)，被反射回来的两束光再次经光纤耦合器(3)进入到光谱仪(6)，两束反射光会发生不同程度的重叠，通过观察光谱的变化实现对外界湿度的检测。与其他类型的湿度传感器相比，本全光纤湿度传感装置具有精确度高、稳定性好、灵敏度高等特点。

技术特征：

1.一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：它包括宽带光源(1)、隔离器(2)、光纤耦合器(3)、湿敏探头(4)、参考光纤光栅(5)、光谱仪(6)；

湿敏探头(4)包含聚乙烯醇薄膜(4-1)和微纳光纤光栅(4-2)，将聚乙烯醇溶液滴覆在微纳光纤光栅(4-2)，经过干燥处理后形成聚乙烯醇薄膜(4-1)；宽带光源(1)发出的连续宽带光经隔离器(2)传输到光纤耦合器(3)分为两束光，一束光传输到湿敏探头(4)，另一束光传输到参考光纤光栅(5)，被反射回来的两束光再次经光纤耦合器(3)进入到光谱仪(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：所述的宽带光源(1)的波长范围为400nm-800nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：所述的光纤耦合器(3)具有四个端口，且同侧端口的耦合比为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：所述的微纳光纤光栅(4-2)是将光纤光栅通过氢氟酸腐蚀得到的，其中聚乙烯醇薄膜(4-1)包裹在微纳光纤光栅(4-2)的锥体部分。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，其特征在于：所述的聚乙烯醇薄膜(4-1)是由浓度为10％的聚乙烯醇溶液经干燥处理后得到。

技术总结
本实用新型提供了一种基于聚乙烯醇薄膜的全光纤湿度传感装置，它包括宽带光源，隔离器，光纤耦合器，湿敏探头，参考光纤光栅，光谱仪。其中，湿敏探头是由聚乙烯醇薄膜和微纳光纤光栅组成，聚乙烯醇薄膜包裹在微纳光纤光栅的锥体部分上。本实用新型聚乙烯醇薄膜的气体阻透性好，并且具有快速吸收和解析周围水分的作用,与周围环境的湿度达到平衡,因此可用于实现湿度传感的在线测量。相对于其他类型的湿度传感器，本实用新型采用湿敏探头以及参考光纤光栅作为湿度传感部分，具有精确度高、稳定性好、灵敏度高等特点。

技术研发人员：董子鸣;杨文龙
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.09.10
技术公布日：2020.07.17