本實(shí)用新型提供了一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光纖折射率傳感器作為光纖傳感器的一種已經(jīng)吸引了廣泛的注意，由于它結(jié)構(gòu)微小，靈敏度高，容易制造等優(yōu)勢，常見的一些改善傳感器靈敏度的方法是對(duì)光纖進(jìn)行一些特殊的溶解或化學(xué)處理使其對(duì)外界環(huán)境的折射率更加敏感，但是這些方法在提高折射率靈敏度的同事降低了光纖本身的柔韌性，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到一些限制。大多數(shù)折射率傳感器會(huì)隨著外界折射率的增加波長進(jìn)行漂移，而強(qiáng)度不會(huì)因此發(fā)生有規(guī)律或明顯的起伏。這類傳感器容易受到FSR(free spectral range)的限制，并且不能夠在比較寬的折射率范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測。近年來，越來越多的人通過在光纖表面沉積一層薄膜來提高傳感器的傳感特性。

近年來，為提高光纖濕度傳感器的傳感特性，常常以PVA(polyvinyl alcohol)溶液為混合底液并溶解有另外的溶液來提高光纖濕度傳感器的靈敏度和折射率探測范圍，因此為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT(polyvinyl alcohol/carbon nanotubes)的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器，該邁克爾遜干涉儀將一段細(xì)芯光纖與單模光纖熔接在一起，使之激發(fā)出一部分細(xì)芯光纖的包層模，再對(duì)細(xì)芯的另一端放電形成弧形，使之繼熔接點(diǎn)激發(fā)的包層模之后，再通過微弧端面激發(fā)出更高級(jí)次的包層模。當(dāng)細(xì)芯模與包層模在第一個(gè)熔接點(diǎn)耦合在一起時(shí)，具有一定相位延遲，從而實(shí)現(xiàn)纖芯模與包層模的模式干涉，同時(shí)在該光纖表面沉積一層PVA/CNT薄膜，PVA/CNT薄膜既保留了PVA的性質(zhì)，又繼承了 CNT的性質(zhì)，其中PVA薄膜使得折射率的變化隨外界條件的改變更加靈敏，而CNT薄膜可使在包層模中傳輸?shù)墓膺M(jìn)入細(xì)芯光纖包層的徑向邊緣，增加了包層模式與外界環(huán)境的干涉，從而實(shí)現(xiàn)提高傳感器傳感特性的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾孫干涉儀的濕度傳感器，該裝置能夠?qū)⑼饨鐫穸鹊母淖兌鸬恼凵渎首兓哭D(zhuǎn)化為探測信號(hào)的波長漂移量。實(shí)現(xiàn)使原本結(jié)構(gòu)的折射率的測量范圍增大，并且隨著外界折射率改變使干涉波譜的強(qiáng)度改變幅度得到提高。具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度較高等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案：

一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾孫干涉儀的濕度傳感器，其特征在于：包括單模光纖(1)、細(xì)芯光纖(2)、微弧區(qū)域(3)、PVA/CNT薄膜(4)；所述的細(xì)芯光纖(2)的兩端分別與單模光纖(1)、微弧區(qū)域(3)相連接；所述的單模光纖(1)、細(xì)芯光纖(2)、微弧區(qū)域(3)相連接構(gòu)成全光纖的邁克爾遜干涉儀；所述的細(xì)芯光纖、微弧區(qū)域(3)均沉積了PVA/CNT薄膜(4)。

所述的單模光纖(1)、細(xì)芯光纖(2)、微弧區(qū)域(3)均可采用G.652單模光纖，細(xì)芯光纖(2) 的纖芯和包層直徑分別為2μm～5μm和120μm～130μm，細(xì)芯光纖(2)的長度L為2mm～5mm，微弧區(qū)域(3)的長度l為40μm～50μm。

所述的微弧區(qū)域(3)經(jīng)熔接機(jī)放電形成，其中需要調(diào)節(jié)熔接機(jī)的熔接程序，將放電強(qiáng)度設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度+7bit，放電時(shí)間為10，000ms。

所述的涂覆有PVA/CNT薄膜(4)的傳感頭放置在一個(gè)封閉的濕度箱內(nèi)，通過向里面泵入干燥和濕潤的氣體來控制濕度箱內(nèi)的濕度，并排除其他外界環(huán)境的改變而導(dǎo)致折射率的變化引起實(shí)驗(yàn)誤差。

本實(shí)用新型的工作原理是：

當(dāng)帶寬光源發(fā)出的光在單模光纖纖芯中的傳輸?shù)幕５竭_(dá)第一個(gè)熔接點(diǎn)時(shí)分束并激發(fā)出一部分細(xì)芯光纖的包層模，微弧的端面激發(fā)出更高級(jí)次的包層模，并由于微弧區(qū)域的性質(zhì)，激發(fā)了包層模反射時(shí)的入射角度，當(dāng)纖芯模與包層模在第一個(gè)熔接點(diǎn)耦合在一起時(shí)，具有一定的相位延遲，從而實(shí)現(xiàn)纖芯模與包層模的模式干涉。

由于沉積的PVA/CNT薄膜既保留了PVA的性質(zhì)，又繼承了CNT的性質(zhì)，可見是一種高濕敏性、高折射率和高光吸收率的材料，因此高濕敏性使得傳感頭對(duì)環(huán)境濕度變化靈敏，高折射率特性使得包層模式的有效折射率發(fā)生變化，從而影響細(xì)芯光纖表面的包層模式的倏逝波的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致干涉波峰和波谷的波長和消光比的改變。當(dāng)外界環(huán)境的濕度發(fā)生改變時(shí)，端面修飾了PVA/CNT的細(xì)芯光纖也發(fā)生改變，因此包層模式的倏逝波強(qiáng)度發(fā)生改變。

本實(shí)用新型的有益效果是：

在細(xì)芯光纖端面修飾了PVA/CNT薄膜后提高了包層模式的反射強(qiáng)度，使原本結(jié)構(gòu)的折射率的測量范圍增大從而增大濕度傳感器的測量范圍，并且隨著外界折射率改變使干涉波譜的強(qiáng)度改變幅度得到提高，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度較高等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾孫干涉儀的濕度傳感器示意圖

圖2是不同外界濕度下傳感光纖的干涉光譜變化實(shí)驗(yàn)圖

圖3是隨著外界濕度的變化干涉譜的強(qiáng)度的變化實(shí)驗(yàn)圖

其中，1是單模光纖，2是細(xì)芯光纖，3是微弧區(qū)域，4是PVA/CNT薄膜

具體實(shí)施方式

參見附圖1，一種基于細(xì)芯光纖修飾PVA/CNT的邁克爾遜干涉儀的濕度傳感器，其特征在于：包括單模光纖1、細(xì)芯光纖2、微弧區(qū)域3、PVA/CNT薄膜4；所述的單模光纖1右端和細(xì)芯光纖2的左端通過切割后采用熔接機(jī)熔接在一起，所述的微弧區(qū)域3位于細(xì)芯光纖2 的右端，其通過設(shè)定熔接機(jī)程序并經(jīng)熔接機(jī)放電形成，由單模光纖1、細(xì)芯光纖2、微弧區(qū)域 3組成了線型結(jié)構(gòu)，所述的細(xì)芯光纖2、微弧區(qū)域3均沉積了PVA/CNT薄膜4。

單模光纖1、細(xì)芯光纖2、微弧區(qū)域3均可采用G.652單模光纖，細(xì)芯光纖2的纖芯和包層直徑分別為2μm～5μm和120μm～130μm，細(xì)芯光纖2的長度L為2mm～5mm，微弧區(qū)域3 的長度l為40μm～50μm。微弧區(qū)域3經(jīng)熔接機(jī)放電形成，其中需要調(diào)節(jié)熔接機(jī)的熔接程序，將放電強(qiáng)度設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度+7bit，放電時(shí)間為10，000ms。

所述的PVA/CNT薄膜配置的方法：首先配置9％的PVA溶液，再將CNT溶解，其中CNT 的溶解過程如下：制備PSS溶液，將其混合溶液放在振蕩器中振蕩24h使大部分的CNT充分分散在溶液中，然后用濾紙過濾出上清液，再取不同比例的PVA與CNT將其混合，之后利用Piranha溶液處理制備好的傳感頭以將其表面的雜質(zhì)去除，最后將已經(jīng)干燥的傳感頭插入到PVA/CNT的混合溶液中，迅速取出并置于空氣中靜置48h。

所述的涂覆有PVA/CNT薄膜(4)的傳感頭放置在一個(gè)封閉的濕度箱內(nèi)，通過向里面泵入干燥和濕潤的氣體來控制濕度箱內(nèi)的濕度，并排除其他外界環(huán)境的改變而導(dǎo)致折射率的變化引起實(shí)驗(yàn)誤差。

沉積薄膜后的細(xì)芯光纖及微弧結(jié)構(gòu)為傳感器的傳感頭部分，用于探測不同的外界環(huán)境溫度大小。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將傳感頭置于要濕度箱中，通過泵入不同濕潤成都的氣體來控制不同的外界環(huán)境濕度，圖2是在不同外界濕度下在傳感頭上的干涉光譜變化實(shí)驗(yàn)圖，可見，強(qiáng)度和波長都發(fā)生了漂移，波長向短波方向漂移，強(qiáng)度的消光比增加。圖3為不同外界濕度下的強(qiáng)度擬合圖，可直觀看出其在高濕度區(qū)域靈敏度可以達(dá)到-4.55dB/％RH。