[实用新型]一种基于微悬臂梁结构的F-P型光纤湿度传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于微悬臂梁结构的F‑P型光纤湿度传感器。其特征在于：该传感器由单模光纤、毛细管、金膜和琼脂糖凝胶薄膜组成。使用飞秒激光将毛细管端面涂覆的金膜穿透，形成一个开口腔的刚性矩形的微悬臂梁结构，其悬臂梁的长度为95um～110μm，宽度为25μm～35μm，厚度为0.1μm～0.15μm。在微悬臂梁结构上涂覆一层厚度为0.5μm～1.5μm的琼脂糖凝胶薄膜。应用时，将传感器置于待测湿度环境内，环境湿度发生变化，琼脂糖凝胶薄膜的质量和厚度发生变化，进而使得微悬臂梁结构的本征频率发生变化，通过实时检测微悬臂梁本征频率的变化即可解调出环境湿度的大小。本发明具有灵敏度高、测量精度高和结构紧凑的特点，可用于环境湿度的准确测量。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于微悬臂梁结构的F-P型光纤湿度传感器。

背景技术

随着现代社会中各行业的持续发展、科学技术的不断进步，人们对环境湿度的测量日益增多，要求也越来越严格。湿度测量已广泛应用于空气质量检测、制药过程监测、食品制造过程监测、建筑安全性监测以及人体疾病探查方面。具体应用表现在塑料加工生产过程中塑料颗粒水分含量过高会导致挤压失败；食品生产中湿度过高会降低食品的质量；储存药品所含的水分过高会导致药品活性丧失，长期处于相对湿度较低环境下会使药品风化或裂片；使用电子类器件时空气中凝结的水分会使半导体元件发生故障；临床环境下医用气体的湿度的不合格会导致人体肺功能发生异常；高架桥结构中的钢筋混凝土长时间暴露在高湿度环境下会导致其氧化过程加快，发生腐蚀；脾胃虚寒患者的手背和额头湿度会发生显著降低，可以通过探测该区域附近湿度来间接检查疾病。湿度测量在生活中有很重要的应用，所以需要一种探测精度高、响应速度快、适应复杂环境、寿命长的湿度传感器。

光纤湿度传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积小、质量轻、抗外界环境干扰能力强等优点。与传统的电子湿度计比较来说，光纤湿度传感器有着很大的优势：灵敏度高，探测极限高，光纤湿度传感器测量湿度能精确到小数点后2到3位，一般的电子湿度计测量湿度只能精确到小数点后1位；响应速度快，一般的电子湿度计当湿度快速达到某一稳定值后，需要几秒到几十秒钟的响应时间才能较为准确地显示出当前湿度，而光纤湿度传感器一般只需要1秒钟不到的时间就能实现对当前湿度的测量；体积小、质量轻，相比于传统的芯片式电子湿度计来说，光纤湿度传感器的体积和质量小的多，实现对一些精密结构环境的测量；能抗环境扰动能力强，当湿度快速变化时能实现对一些精密结构环境的测量；空气中会凝结出一些小水滴，这些小水滴粘到芯片上会对半导体器件造成损坏，光纤湿度传感器在电磁干扰、较高温度、湿度快速变化环境下依旧能正常工作。

基于法布里-珀罗(F-P)结构的光纤湿度传感器是光学传感器重要的组成部分，弥补了电子湿度传感器的不足。目前已经应用在工业生产，文物保护，国防安全等众多领域中。随着社会的进步和技术的发展，现有的光纤湿度传感器还不能满足社会的需求，尤其是灵敏度、稳定性、响应时间和温度串扰等方面亟需优化。所以为了满足社会的需求，研制出具有高性能的光纤湿度传感器是非常有必要的。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于微悬臂梁结构的F-P型光纤湿度传感器，具有灵敏度高、响应时间快和结构紧凑的特点。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于微悬臂梁结构的F-P型光纤湿度传感器，由单模光纤、毛细管、金膜和琼脂糖凝胶薄膜组成。其特征在于：所述传感头由单模光纤和毛细管熔接而成，在毛细管的端面涂覆一层厚度为0.1～0.15μm的金膜形成封闭的空气腔，采用飞秒激光对金膜进行超快速微加工，激光光束精确地聚焦在金膜的表面并穿透，在毛细管的端面形成一个开口腔的刚性矩形微悬臂梁结构，其悬臂梁的长度为95um～110μm，宽度为25μm～35μm，厚度为0.1μm～0.15μm。在矩形微悬臂梁结构外表面涂覆一层厚度为0.5μm～1.5μm的琼脂糖凝胶薄膜。单模光纤端面与矩形微悬臂梁之间形成一个稳定的F-P结构。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：