專利名稱：基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖傳感器，尤其涉及一種光纖濕度傳感器。
背景技術(shù)：
目前，濕度的測量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用十分廣泛，傳統(tǒng)的濕度傳感 器一般分為電子式和機(jī)械式兩種。電子式濕度傳感器具有靈敏度高，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，但 其工作環(huán)境具有一定的局限性，不適合用于電磁環(huán)境、長期處于高濕度環(huán)境及不能遠(yuǎn)距離 傳輸；機(jī)械式濕度傳感器，對環(huán)境要求較低，但不適用于密閉環(huán)境或者遠(yuǎn)距離監(jiān)控的場所。 因此，現(xiàn)有的濕度測量儀器還不能夠滿足很多生產(chǎn)、生活的實(shí)際需要。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出了一種穩(wěn)定性好、可靠性高、可遠(yuǎn)距離傳輸 的基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，其特殊之處在于包括用于敏感濕度的螺 旋游絲敏感元件、將轉(zhuǎn)動(dòng)式敏感元件的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為相應(yīng)光信號的光強(qiáng)度探測器、向光 強(qiáng)度探測器提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元、將光發(fā)射接收單元接收的 光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；所述螺旋游絲敏感元件包括腔體、設(shè)置在腔體內(nèi)的芯軸、螺旋方式繞在芯軸上的 游絲，所述腔體兩端分別設(shè)置有鏡頭座和后蓋，所述芯軸的兩端分別向外伸出鏡頭座和后 蓋，所述芯軸可在鏡頭座和后蓋內(nèi)沿軸線運(yùn)動(dòng)；所述游絲的一端固定在腔體上，其另一端固 定在芯軸上；所述光強(qiáng)度探測器包括設(shè)置在鏡頭座外端的準(zhǔn)直器座、固定在芯軸端面的反光 鏡、設(shè)置在準(zhǔn)直器座內(nèi)的準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器與反光鏡同軸設(shè)置，所述準(zhǔn)直器座和鏡頭座將 反光鏡完全密封在內(nèi)；所述準(zhǔn)直器通過光纖與光發(fā)射接收單元相連。上述光發(fā)射接收單元包括光源、隔離器、耦合器、探測器、光源檢測器；所述光源的 輸出端連接隔離器的輸入端；所述耦合器的輸入端分別與隔離器的輸出端以及探測器的輸 入端相連；所述耦合器的輸出端分別與光源檢測器及準(zhǔn)直器相連。上述螺旋游絲為單面涂有聚酰亞胺膜的彈性銅皮。上述聚酰亞胺膜的厚度是0. 1 0. 2mm。本實(shí)用新型采用涂有聚酰亞胺膜濕度螺旋游絲，當(dāng)被檢測環(huán)境的濕度時(shí)可以實(shí)時(shí) 檢測其變化值，相對穩(wěn)定性高，而且整個(gè)濕度傳感器光學(xué)傳輸部分均采用單模光纖，可實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)距離監(jiān)控及傳輸。

圖IA為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)全剖示意圖；[0013]圖IB為本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)半剖示意圖；圖2為光發(fā)射接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-螺旋游絲敏感元件，2-光強(qiáng)度探測器，3-光發(fā)射接收單元，4-腔體， 5-芯軸，6-游絲，7-鏡頭座，8-后蓋，9-準(zhǔn)直器座，10-反光鏡，11—準(zhǔn)直器，12—密封圈， 13-光纖，14-光源，15-隔離器，16-耦合器，17-光源檢測器。
具體實(shí)施方式
參見圖1A、圖1B，本實(shí)用新型是一種基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，包括用于 敏感濕度的螺旋游絲敏感元件1、將轉(zhuǎn)動(dòng)式敏感元件的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為相應(yīng)光信號的光強(qiáng) 度探測器2、向光強(qiáng)度探測器2提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元3、將光 發(fā)射接收單元3接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；螺旋游絲敏感元件1包括腔體4、設(shè)置在腔體4內(nèi)的芯軸5、螺旋方式繞在芯軸上 的游絲6，腔體兩端分別設(shè)置有鏡頭座7和后蓋8，其中鏡頭座7與腔體4的前端同軸連接， 鏡頭座7與在腔體4后端設(shè)置的后蓋8中心孔同軸，是用于保證芯軸5做水平前后移動(dòng) ’游 絲6的一端固定在腔體4上，其另一端固定在芯軸5上。光強(qiáng)度探測器2包括設(shè)置在鏡頭座7外端的準(zhǔn)直器座9、固定在芯軸5端面的反 光鏡10、設(shè)置在準(zhǔn)直器座9內(nèi)的準(zhǔn)直器11，反光鏡10設(shè)置于芯軸5延伸至腔體4外的端頭 內(nèi)且與芯軸5同軸，其反射面朝外；準(zhǔn)直器11是固定于準(zhǔn)直器座9中心，并設(shè)置于鏡頭座7 的前端，中心與反光鏡10中心對齊；準(zhǔn)直器座9和鏡頭座7將反光鏡10完全密封在內(nèi)；準(zhǔn) 直器11通過光纖13與光發(fā)射接收單元3相連；一般準(zhǔn)直器座9和鏡頭座7是通過密封圈 12密封連接。一般在螺旋濕度游絲6的外面涂有聚酰亞胺膜，聚酰亞胺膜厚度控制在 0. 1-0. 2mm為佳。當(dāng)被檢測環(huán)境的濕度發(fā)生變化時(shí)，涂有聚酰亞胺膜的濕度游絲6會(huì)發(fā)生旋 轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)芯軸5前后平動(dòng)，引起反光鏡10與準(zhǔn)直器11間的距離發(fā)生變化，從而引起輸 出光強(qiáng)發(fā)生變化，以用于檢測濕度的實(shí)時(shí)變化值。根據(jù)G-Iens準(zhǔn)直器的間距耦合損耗公式 Lx = -IOlog
4
1 +
f 2 2 2 Λ2 n0 g πχω0
I
2 +
f 2 2 2 Λ n0 g πχω0
I其中nQ =G-Iens中心折射率g =G-Iens折射率分布常數(shù)χ 間距(全反射片與準(zhǔn)直器端面距離)ω。準(zhǔn)直器束腰半徑λ 工作波長當(dāng)被檢測環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，由于濕度游絲6的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)芯軸5前后平動(dòng)，從
4而引起反光鏡10到準(zhǔn)直器11端面的距離χ發(fā)生變化，從而使得從耦合器16輸出光強(qiáng)發(fā)生 變化，從光強(qiáng)的值即可反應(yīng)被檢測環(huán)境的濕度值。在干燥的環(huán)境下反光鏡10距離準(zhǔn)直器11 的距離是最遠(yuǎn)，在調(diào)整架上將準(zhǔn)直器11和反光鏡10之間的損耗值調(diào)整到合適的損耗值，當(dāng) 濕度值增大時(shí)芯軸伸長，反光鏡10與準(zhǔn)直器11間的距離縮短，輸出光強(qiáng)將會(huì)變大，從輸出 光強(qiáng)的變化即可反映出所測環(huán)境濕度的變化，從而可以實(shí)時(shí)檢測到環(huán)境濕度。見圖2，光發(fā)射接收單元3包括光源14、隔離器15、耦合器16、探測器、光源檢測器 17 ；光源14的輸出端連接隔離器15的輸入端；稱合器16的輸入端分別與隔離器15的輸出 端以及探測器的輸入端相連；耦合器16的輸出端分別與光源檢測器17及準(zhǔn)直器11相連。 一般從光源14發(fā)出光經(jīng)過光隔離器15后再經(jīng)過耦合器16分成兩路，一路接光源檢測器 17,作為光源14的參考光訊號，另一路與準(zhǔn)直器11連接，反射光經(jīng)耦合器16 (光耦合器) 再分成兩路輸出，一路返回光源端，光隔離將回光隔離，以保護(hù)光源的穩(wěn)定，另一路光探測 器相連；返回的光強(qiáng)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換單元后變成電信號，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處理后就顯示 對應(yīng)的濕度值。當(dāng)被檢測環(huán)境的濕度發(fā)生變化時(shí)，涂有聚酰亞胺膜的濕度游絲會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而 帶動(dòng)芯軸前后平動(dòng)，引起反光鏡10與準(zhǔn)直器11間的距離發(fā)生變化，從而引起輸出光強(qiáng)發(fā)生 變化，以用于檢測濕度的實(shí)時(shí)變化值，整個(gè)濕度傳感器光學(xué)傳輸部分均采用單模光纖，可實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控及傳輸。
權(quán)利要求一種基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，其特征在于包括用于敏感濕度的螺旋游絲敏感元件、將轉(zhuǎn)動(dòng)式敏感元件的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為相應(yīng)光信號的光強(qiáng)度探測器、向光強(qiáng)度探測器提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元、將光發(fā)射接收單元接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；所述螺旋游絲敏感元件包括腔體、設(shè)置在腔體內(nèi)的芯軸、螺旋方式繞在芯軸上的游絲，所述腔體兩端分別設(shè)置有鏡頭座和后蓋，所述芯軸的兩端分別向外伸出鏡頭座和后蓋，所述芯軸可在鏡頭座和后蓋內(nèi)沿軸線運(yùn)動(dòng)；所述游絲的一端固定在腔體上，其另一端固定在芯軸上；所述光強(qiáng)度探測器包括設(shè)置在鏡頭座外端的準(zhǔn)直器座、固定在芯軸端面的反光鏡、設(shè)置在準(zhǔn)直器座內(nèi)的準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器與反光鏡同軸設(shè)置，所述準(zhǔn)直器座和鏡頭座將反光鏡完全密封在內(nèi)；所述準(zhǔn)直器通過光纖與光發(fā)射接收單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，其特征在于所述光發(fā)射 接收單元包括光源、隔離器、耦合器、探測器、光源檢測器；所述光源的輸出端連接隔離器的 輸入端；所述耦合器的輸入端分別與隔離器的輸出端以及探測器的輸入端相連；所述耦合 器的輸出端分別與光源檢測器及準(zhǔn)直器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，其特征在于所述螺 旋游絲為單面涂有聚酰亞胺膜的彈性銅皮。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，其特征在于所述聚酰亞 胺膜的厚度是0. 1 0. 2mm。
專利摘要本實(shí)用新型所涉及的是一種基于螺旋游絲的光纖濕度傳感器，包括用于敏感濕度的螺旋游絲敏感元件1、將轉(zhuǎn)動(dòng)式敏感元件的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為相應(yīng)光信號的光強(qiáng)度探測器2、向光強(qiáng)度探測器提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元3、將光發(fā)射接收單元接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；本實(shí)用新型采用涂有聚酰亞胺膜濕度螺旋游絲，當(dāng)被檢測環(huán)境的濕度時(shí)可以實(shí)時(shí)檢測其變化值，相對穩(wěn)定性高，而且整個(gè)濕度傳感器光學(xué)傳輸部分均采用單模光纖，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控及傳輸。
文檔編號G01N21/17GK201697869SQ20102022376
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者劉釗, 姚勝利, 孫博, 張紅菊, 李寶奇, 李小紅, 楊向輝, 米磊, 賀正權(quán), 趙燕, 韓笑路 申請人:飛秒光電科技(西安)有限公司