[实用新型]一种基于错位熔接的光纤湿度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传感器，尤其涉及一种基于错位熔接的光纤湿度传感器。

背景技术

随着光纤技术的发展，光纤湿度传感器受到极大关注并被广泛应用。相对湿度值作为环境特征的一个重要参考指标，许多行业都要求对其进行精确测量。精密仪器对环境要求较高，环境湿度必须控制在一定的范围内，以保证它们正常工作。在农业中，把湿度控制在农作物的生长适宜范围内，是提高产量的重要条件。目前环境湿度的测量方式主要是伸缩式毛发湿度计和蒸发式干湿球湿度计，伸缩式毛发湿度计根据测定材料在不同湿度时伸缩量不同进行湿度测量，精度不高；蒸发式干湿球湿度计是利用水分蒸发时必须向外界吸收热能的效应研制的，体积较大，不能满足微型化领域的要求。与以上两种湿度计相比，光纤湿度传感器具有闭合的光路并且具有测量精度高、体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐化学腐蚀等优点，可应用于各种不同的环境中。

随着光纤传感技术的发展，测量湿度的光纤传感器有很多种，例如利用锥形微纳光纤的强倏逝场测量湿度；利用光子晶体光纤拉锥后镀上湿度敏感材料进行测量；使用光纤法布里-珀罗干涉腔作为传感精度高的湿度传感器。但这些光纤湿度传感器都有缺点，锥形微纳光纤制作难度大，并且很容易折断；光子晶体光纤拉锥时比较困难，且光子晶体光纤价格昂贵、制作成本高；法布里-珀罗干涉腔的制作过程复杂。因此，这些传感器在实际运用中受到限制。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于错位熔接的光纤湿度传感器，该传感器具有灵敏度高，制造简单，成本低，实用性高等优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于错位熔接的光纤湿度传感器，包括光源(1)、入射单模光纤(2)、偏振保持光纤(3)、湿度敏感材料(4)、出射单模光纤(5)和光谱分析仪(6)。光源(1)的输出端与入射单模光纤(2)的左端连接，入射单模光纤(2)的右端与偏振保持光纤(3)的左端连接，偏振保持光纤(3)的右端与出射单模光纤(5)的左端连接，出射单模光纤(5)的右端与光谱分析仪(6)的输入端连接；其特征在于，所述的入射单模光纤(2)的右端与偏振保持光纤(3)的左端为错位熔接结构，偏振保持光纤(3)的右端与出射单模光纤(5)的左端为错位熔接结构，偏振保持光纤(3)上涂覆有湿度敏感材料(4)。

所述的光源(1)为发光二极管或激光二极管，波长范围为1200nm-1600nm。

所述的错位熔接结构，径向错位距离为62μm。

所述的偏振保持光纤(3)，其型号为熊猫型偏振保持光纤PM1550，长度为1mm至2mm。

所述的湿度敏感材料(4)，其成分为壳聚糖，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D。

所述的光谱分析仪(6)，其最大的分辨率为10pm。

本发明的有益效果为：

1.采用两个错位熔接结构，形成双光束干涉，提高了湿度传感器的灵敏度；

2.传感头仅需在光纤熔接机上制作，制造简单，成本低；

3.利用湿度敏感材料涂覆在两个错位熔接结构之间，使传感头结构更加牢固，提高了实用性。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本实用新型的示意图；

图中，1为光源；2为入射单模光纤；3为偏振保持光纤；4为湿度敏感材料；5为出射单模光纤；6为光谱分析仪。

具体实施方法

图1中，一种基于错位熔接的光纤湿度传感器，包括光源1、入射单模光纤2、偏振保持光纤3、湿度敏感材料4、出射单模光纤5、光谱分析仪6；光源1的输出端与入射单模光纤2的左端连接，入射单模光纤2的右端与偏振保持光纤3的左端通过错位熔接结构连接，偏振保持光纤3的右端与出射单模光纤5的左端通过错位熔接结构连接，出射单模光纤5的右端与光谱分析仪6的输入端连接，偏振保持光纤3涂覆有湿度敏感材料4。

一种基于错位熔接的光纤湿度传感器，其工作方式为：光源1发出的光输入入射单模光纤2，在入射单模光纤2中以基模的形式传播，光能量被束缚在纤芯内。光经过入射单模光纤2传输到偏振保持光纤3时，由于光纤错位熔接结构导致模场不匹配，一部分光进入偏振保持光纤3的包层，激发包层模在偏振保持光纤3的包层中传输；另一部分光进入湿度敏感材料4，形成两束光传播。由于偏振保持光纤3的包层与湿度敏感材料4的折射率不同，两束光传播的光程不同从而产生光程差；两束光传输到出射单模光纤5时，由于错位熔接结构导致两束光耦合在一起从而产生干涉。干涉光输入光谱分析仪6，光谱分析仪6显示透射光谱的干涉图样。当外界环境湿度变化时，湿度敏感材料4的折射率会发生变化，导致产生干涉的两部分光的相位差发生变化，最终引起透射光谱的峰值波长发生移动。根据预先标定的湿度与峰值波长漂移量之间的关系，可以读出外界环境湿度，该装置正是通过监测透射光谱中峰值波长的漂移量来测量环境湿度。