本發(fā)明屬于微納傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器。

背景技術(shù)：

溫度和濕度的監(jiān)測與我們的生活密切相關(guān)，而且廣泛的應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，而復(fù)用型的溫度和濕度傳感器應(yīng)用的領(lǐng)域更為廣泛。除此以外，微納型的傳感器由于其本身具有的諸多優(yōu)點(diǎn)例如：微型化、易集成等越來越受到行業(yè)內(nèi)的青睞。

相比于其他類型的傳感器，光纖傳感器具有尺寸小、抗電磁干擾強(qiáng)、靈敏度高、電絕緣性好、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用中，也便于復(fù)用和組網(wǎng)，因而復(fù)合型的微納光纖溫度和濕度傳感器擁有巨大的行業(yè)競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明提出了使用全氟磺酸型聚合物(nafion)薄膜與光纖相結(jié)合而制作成的傳感器，利用這種材料和結(jié)構(gòu)使得單一的溫度或濕度傳感同時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種簡易可復(fù)用的溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器，由依次連接的光纖接入段、外部固定裝置、內(nèi)部光纖固定裝置、干涉空腔、溫度和濕度傳感器段組成；光纖接入段(1)用單模光纖將寬帶光信號(hào)持續(xù)引入傳感器將調(diào)制后的信號(hào)反饋；外部固定裝置(2)用于保護(hù)和封裝傳感器的各個(gè)部分并且為傳感器的制作提供了外部支架；內(nèi)部光纖固定裝置(3)將接入的光纖固定在石英玻璃管的正中心并防止其發(fā)生位移和錯(cuò)位；干涉空腔(4)形成法布里珀羅干涉腔的前半段，是形成干涉光譜的主要部分；溫度和濕度傳感器(5)構(gòu)成干涉腔的后半段，在不同的溫度和濕度環(huán)境下調(diào)制光信號(hào)。

所述光纖接入段為單模光纖，所述外部固定裝置為石英玻璃管，所述內(nèi)部光纖固定裝置為紫外固化膠，所述干涉空腔為光纖端面與nafion薄膜的內(nèi)表面形成的空氣腔，所述溫度和濕度傳感器為nafion薄膜；石英玻璃管、單模光纖、空氣腔以及nafion膜均同軸。

所述外部固定裝置石英玻璃管外徑為400μm，內(nèi)徑為200μm；所述干涉空腔空氣腔腔長為25μm～65μm；所述溫度和濕度傳感器nafion膜的厚度為20μm～50μm。

所述接入段光纖采用普通的單模光纖與單模光纖相焊接，焊接的單模光纖長度為4cm～10cm，單模光纖纖芯直徑為10μm，外徑為125μm，溫度和濕度傳感器采用的nafion薄膜為nafion溶液與酒精混合溶液干燥而成。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提出了使用全氟磺酸型聚合物(nafion)薄膜與光纖相結(jié)合而制作成的傳感器，利用這種材料和結(jié)構(gòu)使得單一的溫度或濕度傳感同時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器的光譜隨溫度頻移的圖像和頻移隨溫度變化的擬合曲線。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器的光譜隨濕度頻移的圖像和頻移隨濕度變化的擬合曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器由依次連接的光纖接入段、外部固定裝置、內(nèi)部光纖固定裝置、干涉空腔、溫度和濕度傳感器段組成；光纖接入段1用單模光纖將寬帶光信號(hào)持續(xù)引入傳感器將調(diào)制后的信號(hào)反饋；外部固定裝置2用于保護(hù)和封裝傳感器的各個(gè)部分并且為傳感器的制作提供了外部支架；內(nèi)部光纖固定裝置3主要作用是將接入的光纖固定在石英玻璃管的正中心并防止其發(fā)生位移和錯(cuò)位；干涉空腔4用于形成法布里珀羅干涉腔的前半段，是形成干涉光譜的主要部分；溫度和濕度傳感器5用于構(gòu)成干涉腔的后半段以及在不同的溫度和濕度環(huán)境下調(diào)制光信號(hào)。

所述光纖接入段為單模光纖，所述外部固定裝置為石英玻璃管，所述內(nèi)部光纖固定裝置為紫外固化膠，所述干涉空腔為光纖端面與nafion薄膜的內(nèi)表面形成的空氣腔，所述溫度和濕度傳感器為nafion薄膜；石英玻璃管、單模光纖、空氣腔以及nafion膜均同軸。

所述外部固定裝置石英玻璃管外徑為400μm，內(nèi)徑為200μm；所述干涉腔空氣腔長為25μm～65μm；所述溫度和濕度傳感器nafion膜的厚度為20μm～50μm。

所述接入段光纖采用普通的單模光纖與單模光纖相焊接，焊接的單模光纖長度為4cm～10cm，單模光纖纖芯直徑為10μm，外徑為125μm；制備溫度和濕度傳感nafion薄膜采用的溶液為nafion溶液與酒精按一定比例混合而成，在制備nafion薄膜之前務(wù)必對(duì)石英玻璃管用乙醇溶液對(duì)其進(jìn)行超聲處理，制備過程保證在無塵環(huán)境中進(jìn)行。

實(shí)施例

本發(fā)明的一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器由依次連接的光纖接入段、外部固定裝置、內(nèi)部光纖固定裝置、干涉空腔、溫度和濕度傳感器段組成；光纖接入段1用單模光纖將寬帶光信號(hào)持續(xù)引入傳感器將調(diào)制后的信號(hào)反饋；外部固定裝置2用于保護(hù)和封裝傳感器的各個(gè)部分并且為傳感器的制作提供了外部支架；內(nèi)部光纖固定裝置3主要作用是講接入的光纖固定在石英玻璃管的正中心并防止其發(fā)生位移和錯(cuò)位；干涉空腔4用于形成法布里珀羅干涉腔的前半段，是形成干涉光譜的主要部分；溫度和濕度傳感器5用于構(gòu)成干涉腔的后半段以及在不同的溫度和濕度環(huán)境下調(diào)制光信號(hào)；

加工方法：

將nafion溶液與乙醇按照體積比1:15的比例進(jìn)行混合，然后超聲處理，使其均勻混合得到薄膜制備溶液。

取一段長度適當(dāng)?shù)氖⒉ＡЧ?，其?nèi)徑為200μm，外徑為400μm，在無塵的環(huán)境中對(duì)進(jìn)行超聲處理，保證內(nèi)壁潔凈無雜物。干燥之后，將其豎直固定，用滴管取一滴適量的薄膜制備溶液滴在石英玻璃管的上端面，由于毛細(xì)現(xiàn)象，薄膜制備溶液會(huì)在石英玻璃管的上半部分停留，經(jīng)過干燥處理之后，薄膜制備溶液會(huì)逐漸形成一層薄膜如圖1(5)所示，其厚度與溶液配備時(shí)的體積比和滴在毛細(xì)管內(nèi)的量有關(guān)。

將兩端切割平齊且長度為4cm-8cm的單模光纖與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖進(jìn)行熔接，保證其熔接損耗小于0.1db，其中單模光纖的纖芯直徑為10μm，外徑為125μm。通過顯微操作臺(tái)將焊接好的單模光纖一段插入石英管中。

調(diào)整光纖端面相對(duì)于nafion膜的位置，得到最優(yōu)的干涉光譜后，使用紫外固化膠將接入光纖固定在石英玻璃管的正中心位置。

工作過程

將圖1所示的微納傳感器的光纖接入段與單模光纖跳線熔接后，通過光纖耦合器或者光纖環(huán)形器接入光譜儀和寬帶光源，從寬帶光源發(fā)出的寬帶光被傳感器中的單模光纖端面和nafion膜外表面構(gòu)成的兩個(gè)反射面(6、7)分別反射，兩束反射光經(jīng)過光纖環(huán)形器或者光纖耦合器返回光譜儀，返回的兩束光發(fā)生干涉，獲得雙光束干涉譜。如圖2所示。

本發(fā)明的一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器的測量原理為：

當(dāng)環(huán)境的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，本發(fā)明的一種溫度和濕度光纖法布里珀羅復(fù)合微納傳感器的溫度和濕度傳感器段的折射率發(fā)生變化，從而使獲得的反射光譜發(fā)生相應(yīng)的頻移。

以上所述的具體實(shí)施方案，對(duì)本發(fā)明的具體制作方法進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程簡單方便易于操作。