[发明专利]一种智能水凝胶光纤传感器的制备装置、方法及传感器

权利要求书

1.一种智能水凝胶光纤传感器的制备装置，其特征在于，其设有工作台(6)，所述工作台(6)上安装设有成型模具(7)，所述成型模具(7)的两侧各设有一个用于固定传感光纤(3)的光纤夹具(8)；所述成型模具(7)为上部敞口的盒状结构，所述成型模具(7)内设有长方体内腔(9)，所述长方体内腔(9)从上到下依次设有相连通的PDMS弹性体层填充腔(91)、PDMS海绵层填充腔(92)；所述成型模具(7)相对设置的两个盒壁上各开设一个仅容所述传感光纤(3)通过的U形槽(10)，且两个所述U形槽(10)的槽底(101)均向下延伸连通至所述PDMS弹性体层填充腔(91)；两个所述U形槽(10)的槽底(101)水平正对设置。

2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述成型模具(7)还设有条形挡板(12)，所述条形挡板(12)适配可拆卸的插入所述U形槽(10)内，且所述条形挡板(12)的底面设有开口向下的半圆形凹槽(13)，所述U形槽(10)的槽底(101)为半圆形结构，所述半圆形凹槽(13)与所述U形槽(10)的槽底(101)配合形成与所述传感光纤(3)的横截面相适配的圆形通孔(14)。

3.一种智能水凝胶光纤传感器的制备装置，其特征在于，其设有工作台(6)，所述工作台(6)上安装设有成型模具(7)，所述成型模具(7)的两侧各设有一个固定传感光纤(3)的光纤夹具(8)；所述成型模具(7)为上部敞口的盒状结构，所述成型模具(7)内设有长方体内腔(9)，所述长方体内腔(9)从上到下依次设有相连通的PDMS弹性体层填充腔(91)、PDMS海绵层填充腔(92)；所述成型模具(7)的相对设置的两个盒壁上各开设一个仅容所述传感光纤(3)穿过的通孔(11)，两个所述通孔(11)设置在PDMS弹性体层填充腔(91)所在的盒壁上，且两个所述通孔(11)水平正对设置。

4.一种智能水凝胶光纤传感器的制备方法，其特征在于，使用所述权利要求1-3任一项所述的制备装置，其制备方法包括以下步骤：

S1.采用3D或4D打印技术制备多孔智能水凝胶层；

S2.将所述多孔智能水凝胶层放置在所述成型模具(7)的所述PDMS海绵层填充腔(92)内；

S3.使用所述光纤夹具(8)固定拉直所述传感光纤(3)，将所述传感光纤(3)的传感区(31)设置在所述PDMS弹性体层填充腔(91)内；

S4.将液体PDMS浇注在所述成型模具(7)内，使液体PDMS灌注填充于所述多孔智能水凝胶层中的网状孔隙内，并充满所述PDMS弹性体层填充腔(91)；

S5.固化，得到所述智能水凝胶光纤传感器。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，除了采用3D或4D打印技术，所述步骤S1中制备多孔智能水凝胶层的另一种方法为：采用水溶性糖制备多孔结构糖模板，所述糖模板为板状结构；将智能水凝胶灌注填充于所述糖模板中的网状孔隙内，将填充于所述糖模板内的所述智能水凝胶固化，再将所述糖模板通过水浴融化除去，得到所述多孔智能水凝胶层。

6.一种智能水凝胶光纤传感器，其特征在于，其包括PDMS海绵层(1)、PDMS弹性体层(2)、传感光纤(3)，所述PDMS弹性体层(2)、所述PDMS海绵层(1)上下层叠连接，呈一体式结构；所述PDMS海绵层(1)内沿三维方向设有网状孔隙，所述孔隙内布满智能水凝胶(4)；所述PDMS弹性体层(2)内设有供所述传感光纤(3)穿入穿出的通道(21)，所述PDMS弹性体层(2)与设置在其内的所述传感光纤(3)紧密连接，且所述传感光纤(3)的传感区(31)紧密连接设置在所述PDMS弹性体层(2)内；所述传感光纤(3)为单模锥形光纤或者FBG光纤。

7.根据权利要求6所述的一种智能水凝胶光纤传感器，其特征在于，所述PDMS海绵层(1)、所述PDMS弹性体层(2)均为长方体结构，且二者的长度、宽度方向一致，所述传感光纤(3)在所述PDMS弹性体层(2)内的延伸方向与所述PDMS弹性体层(2)的长度方向一致。