[发明专利]一种结合蜘蛛包卵丝的光纤湿度传感器及其制作方法

说明书

本发明属于光纤传感技术研究领域，具体涉及一种能够检测环境湿度的结合蜘蛛包卵丝的光纤传感器及其制作方法。光纤传感器包括光纤光源，输入、输出光纤，模式泄漏光纤，蜘蛛包卵丝，光功率探测器。输入光纤将光纤光源与模式泄漏光纤相连接，输出光纤将模式泄漏光纤另一端与光功率探测器相连接，蜘蛛包卵丝缠绕在模式泄漏光纤上。损耗光强与蜘蛛包卵丝材料的折射率有关，不同湿度下蜘蛛包卵丝折射率发生变化并改变损耗光强，监测光纤传感器透射光的功率变化值来实现对环境湿度的测量。本发明具有结构简单，易于制作，响应速度快，灵敏度高等优点，利用本专利的方法可以实现对环境湿度的测量，并将蜘蛛包卵丝作为一种湿度敏感材料用于光纤传感领域。

技术领域

本发明属于光纤传感技术研究领域，具体涉及一种能够检测环境湿度的结合蜘蛛包卵丝的光纤传感器。

背景技术

光纤传感器以光信号作为传输载体，具有以下优点：不受电磁干扰、绝缘性能高、防爆性能好、耐腐蚀、导光性能优良、频带范围很宽、动态范围很大、便于复用、成本低等。光纤传感器在军事、企业、能源、工业、医药卫生等领域应用市场广阔。目前光纤传感器对温度、湿度、压力、流量、位移、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。光纤传感器有多种分类方式，从信号的调制方式角度可以分为强度调制型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型，其中强度调制光纤传感器具有简单、可靠、经济等优点，得到了广泛研究者的青睐。

单根光纤上加工Mach-Zehnder干涉型光纤传感器有结构紧凑、制作方便等优点，可以用来测量折射率、应力、温度、湿度、转角等物理参量。2009年S.M.Tripathi等人综合研究了单模-多模-单模光纤结构的应变和温度传感特性。

2013年，N.Huby等人提出将蛛丝作为一种生物光纤，利用蜘蛛丝的导光性能实现了光的传输耦合。蜘蛛丝的光学性能与生物相容性，生物再吸收性，柔韧性和抗拉强度相结合，为生物介质和原始生物光子学目的的新应用铺平了道路。2015年，Kenny等人于第24届OFS会议上提出利用一些极性介质，如水蒸汽、乙酸、氨气等，会影响蜘蛛丝中传播光偏振态的特性，将蜘蛛丝作为一种天然纤维应用于生物传感。

传统光纤湿度传感器多采用在光纤表面涂覆高分子湿度敏感材料的方法进行湿度传感，这类材料如聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚酸胺等，早在2006年Jesús M.Corres等人使用电稳定自组织锥形光纤进行湿度传感，其结构是将一段单模光纤从中间拉成锥形，并用对湿度敏感的复合材料做成均匀包层。2016年Shan Zhu等人利用原子层沉积，即ALD，技术，在锥形纤维周围均匀涂覆二氧化钛，即TiO₂，纳米薄膜制造出高灵敏度折射率仪。与以上涂覆材料作为湿度感应核心部件的光纤湿度传感器不同，本专利将蜘蛛包卵丝作为一种湿度敏感材料，将其与光纤结合构成湿度传感器，蜘蛛丝作为一种生物材料，其易于修饰，对环境无毒，具有很好的化学稳定性与生物相容性，并且蜘蛛包卵丝内部含有大量的极性氨基酸，环境条件下可以吸附并吸收较多的水分，作为一种湿度敏感材料在光纤传感领域有着很大的研究价值与应用潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合蜘蛛包卵丝的能够检测环境湿度变化的光纤传感器。

本发明的目的是提供一种结合蜘蛛包卵丝的能够检测环境湿度变化的光纤传感器的制作方法。

本发明的目的是这样实现的：