采用多模光纤级联布拉格光栅的温湿度传感器

发布时间：2021-07-21 17:31

　　为了设计一种结构简单且能够同时测量温度和相对湿度的光纤传感器,制作了一种采用多模光纤串联布拉格光栅结构的光纤温湿度传感器。首先将6mm的多模光纤与布拉格光栅连接,然后通过氢氟酸将多模光纤的直径腐蚀到60μm,最后在多模光纤上涂覆一层羧甲基纤维素水凝胶膜。对所制作的光纤传感器进行温湿度响应测试。实验结果表明,所设计的传感器湿度灵敏度约为69.6pm/%相对湿度,温度灵敏度约为15pm/℃。该传感器对温湿度响应灵敏,是一种结构简单且紧凑的温湿度同时测量传感器,可被广泛应用。 

【文章来源】：西安电子科技大学学报. 2020,47(03)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

光纤温湿度传感器结构示意图

将所制作的传感器放置到恒温恒湿箱中进行湿度和温度的响应测试，实验原理如图2所示。从光纤解调仪发出的宽带光源经过单模光纤到多模光纤，然后经过布拉格光栅的反射重新进入到光纤解调仪，通过计算机对反射的光进行处理，最终在计算机上输出反射光谱。由于单模光纤和多模光纤的纤芯不匹配，使得经过布拉格光栅反射以后形成如图3所示的干涉条纹。2.1 湿度响应测试

首先对所制作的传感器进行湿度响应测试。在湿度响应测试期间，将恒温恒湿箱的温度设置在50℃，在30%相对湿度到80%相对湿度范围内每隔10%相对湿度记录一次实验数据。在实验开始前，将所设计的传感器放置于恒温恒湿箱内，保持30min使其处于稳定的湿度温度环境，这样获得的实验结果更加准确可靠。然后选择波长为1 530nm的干涉峰观察共振波长随相对湿度的变化情况。当相对湿度逐渐增加或减少时，传感器的输出光谱由解调仪记录。图3分别是随着相对湿度的增加或减少的反射光谱。从图中可以看出，随着相对湿度的增加，传感器的反射光谱向长波方向移动。相反，随着相对湿度的降低，反射光谱向短波方向移动。在实验测试中，传感器的响应和恢复时间分别约为2.34s（从30%相对湿度到80%相对湿度）和2.78s（从80%相对湿度到30%相对湿度）。这表明传感器对环境相对湿度的变化能够做出快速响应。在相对湿度升高和降低的过程中，所选择的干涉波峰的共振波长与不同的相对湿度之间的变化关系如图4所示。可见，共振波长与相对湿度近似呈线性关系。对两组数据进行线性拟合，相对湿度升高和降低过程的拟合公式分别为


本文编号：3295465