[发明专利]一种智能水凝胶光纤传感器及其制备装置及其制备方法

说明书

本发明提供了一种智能水凝胶光纤传感器及其制备装置及其制备方法，其解决了现有智能水凝胶光纤传感器容易发生智能水凝胶与传感光纤的表面附着失效，出现分层的技术问题，智能水凝胶光纤传感器包括PDMS海绵层、PDMS弹性体层、传感光纤，PDMS海绵层、PDMS弹性体层上下层叠连接，呈一体式结构，PDMS海绵层内沿三维方向设有网状孔隙，孔隙内布满智能水凝胶；PDMS弹性体层内设有供传感光纤穿入穿出的通道，PDMS弹性体层与设置在其内的传感光纤紧密连接，且传感光纤的传感区紧密连接设置在PDMS弹性体层内，本发明还公开了智能水凝胶光纤传感器的制备装置及其制备方法，可广泛应用于光纤传感技术领域。

技术领域

本申请涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种智能水凝胶光纤传感器及其制备装置及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种具有亲水性基团的聚合物，能在水中溶胀形成三维网络结构，并保持大量水分。智能水凝胶是一种能够感应外界环境中湿度、pH值、应力、温度等物理量变化的材料，对外来刺激具有可逆响应性。在感应变化时，智能水凝胶体积发生显著变化，收缩或溶胀，其特有的固体液体形态相互转换，使智能水凝胶具有渗透性、溶胀性和机械性等功能特征。由于这类材料对外来刺激的可逆响应性使其在分子器件、调光材料、生物活性物质的温和、高效分离等高新技术领域有广泛应用。

光纤可用做传递信息的光信道，也可用作传感器的传感光纤。光纤传感器的优点是不导电、重量轻、体积小、耐高温和电磁辐射、柔性好、耐腐蚀，这些优点使它适合于易燃、易爆、空间受限及强电磁干扰的恶劣环境下使用。因此，光纤传感器一问世便受到极大的重视，几乎在各个领域得到研究和应用，成为现代传感器的先导，推动着传感技术的蓬勃发展。

目前，智能水凝胶光纤传感器因其结构紧凑、灵敏度高、成本低、易于制作而备受关注，其工作原理为利用传感光纤来检测外界刺激引起的智能水凝胶动态变化的光学方法。由于智能水凝胶膜的极限应力低，为了使得相对柔软和富水的智能水凝胶聚合物稳定地连接到传感光纤表面，目前主要采用粘着促进剂、粘合剂和化学键来改善智能水凝胶聚合物与传感光纤之间的表面附着力。在实际使用过程中，在智能水凝胶感应外界变化时，其体积反复发生收缩或溶胀，极易发生智能水凝胶与传感光纤的表面附着失效，出现分层的现象，最终导致智能水凝胶光纤传感器检测数据不准确。该技术问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种智能水凝胶光纤传感器及其制备装置及其制备方法，在实际使用过程中，使智能水凝胶光纤传感器在自身结构上更加稳定可靠，确保测量数据的准确性。

为此，本发明提供一种智能水凝胶光纤传感器，其包括PDMS海绵层、PDMS弹性体层、传感光纤，PDMS海绵层、PDMS弹性体层上下层叠连接，呈一体式结构；PDMS海绵层内沿三维方向设有网状孔隙，孔隙内布满智能水凝胶；PDMS弹性体层内设有供传感光纤穿入穿出的通道，PDMS弹性体层与设置在其内的传感光纤紧密连接，且传感光纤的传感区紧密连接设置在PDMS弹性体层内。PDMS是聚二甲基硅氧烷的英文简称，是一种高分子有机硅化合物。

优选的，传感光纤为单模锥形光纤，单模锥形光纤通过通道穿入PDMS弹性体层并穿出后与镀膜反射镜相连接，PDMS弹性体层与设置在其内的单模锥形光纤紧密连接，且单模锥形光纤的锥区紧密连接设置在PDMS弹性体层内。

优选的，传感光纤为FBG光纤，FBG光纤通过通道穿入PDMS弹性体层并穿出后与镀膜反射镜相连接，PDMS弹性体层与设置在其内的FBG光纤紧密连接，且FBG光纤的光栅段紧密连接设置在PDMS弹性体层内。

优选的，PDMS海绵层、PDMS弹性体层均为长方体结构，且二者的长度、宽度方向一致，传感光纤在PDMS弹性体层内的延伸方向与PDMS弹性体层的长度方向一致。

优选的，传感光纤在PDMS弹性体层内的延伸方向与PDMS弹性体层的中心线重合，且传感光纤的传感区设置在PDMS弹性体层的中心点。