專利名稱：一種光纖光柵濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵濕度傳感器，是利用光纖光柵和吸水樹脂并借助力學(xué)原理開發(fā)的濕度測量元件。
背景技術(shù)：
濕度的測量在當今工農(nóng)業(yè)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展中顯得越來越重要，而對濕度傳感器的環(huán)境適應(yīng)性以及測量范圍、測量精度及響應(yīng)速度等指標的要求也越來越高。目前現(xiàn)有的濕度傳感器，例如毛發(fā)式、干濕球式等非電量濕度傳感器，以及電容式、電阻式等電量濕度傳感器，在氣流速度、溫濕度變化劇烈、電磁干擾等惡劣測量環(huán)境下，其測量精度及穩(wěn)定性均受較大程度影響，應(yīng)用范圍非常有限。光纖光柵是近幾年發(fā)展迅速的新一代光無源器件，在光纖通信和光纖傳感等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。以光纖光柵為傳感元件研制的傳感器具有靈敏度高、體積小、抗電磁輻射等特點，廣泛用于應(yīng)變、溫度等物理量的測量。但由于光纖光柵的濕敏性較差，無法直接用于濕度的測量。目前已有研究利用聚酰亞胺作為涂覆材料來增強光纖光柵的濕敏性，結(jié)合了聚酰亞胺濕膨脹線性度好及光纖光柵傳感器精度高、小型化等特點，取得了較好的測量效果。但這種方法須采用化學(xué)鍍膜的方式對光纖光柵進行涂覆，工藝十分復(fù)雜。且由于聚酰亞胺與光柵區(qū)域直接接觸，易產(chǎn)生反射波長多峰值的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光纖光柵濕度傳感器，該傳感器具備光纖光柵傳感元件的優(yōu)點，且克服了化學(xué)涂覆工藝復(fù)雜等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是傳感器由光纖光柵、毛細鋼管、夾持部件，吸水樹脂、墊塊、 外殼組成，其中毛細鋼管、夾持部件、外殼的材料均為不銹鋼。首先將光纖光柵的柵區(qū)部分穿入毛細鋼管，使其與吸水樹脂隔離；將夾持部件以膠結(jié)的方式固定在柵區(qū)兩側(cè)的光纖上； 將以上部分放入下半外殼內(nèi)，并在毛細鋼管與外殼的空隙之間添加吸水樹脂，同時在夾持部件與外殼端壁間填充硅膠等軟材料；最后將上半外殼與下半外殼通過四角的栓孔連接。 本發(fā)明利用光纖光柵對應(yīng)變敏感的特點，在一定的濕度條件下，吸水樹脂吸收外界水分，產(chǎn)生一定的線性膨脹，并對兩端的夾持部件產(chǎn)生膨脹力。該膨脹作用使光纖光柵產(chǎn)生變形，由于光纖光柵波長變化與應(yīng)變呈線性關(guān)系，可根據(jù)光纖光柵的波長變化推斷濕度值。設(shè)環(huán)境濕度為^，假定在該濕度條件下，吸水樹脂的體積膨脹量為Δ V與濕度識呈
線性關(guān)系，則
SV = kcp( 1 )根據(jù)光纖光柵的工作原理，光纖光柵的波長變化Δ λ與應(yīng)變ε的關(guān)系為Δ λ = kE ε (2)
其中kE為光纖光柵應(yīng)變靈敏度系數(shù)。對于纖芯是純石英的光纖情況，中心波長為 1550nm附近的光纖光柵，k產(chǎn)1. 2pm/μ ε。忽略夾持部件的變形，則當吸水樹脂體積膨脹AV時，光纖光柵的應(yīng)變變化可由下式計算
權(quán)利要求
1. 一種光纖光柵濕度傳感器，該傳感器由光纖光柵、毛細鋼管、夾持部件，吸水樹脂、墊塊、外殼組成；其特征在于光纖光柵柵區(qū)部分由毛細鋼管保護；柵區(qū)兩端安裝夾持部件， 并在夾持部件間填充吸水樹脂；在夾持部件兩端和外部分別安裝墊塊和外殼，在與吸水樹脂接觸的外殼表面鉆若干小孔；上下外殼通過螺栓連接，方法如下首先將裸光纖光柵(1) 穿入毛細鋼管O)，使柵區(qū)部分完全位于毛細鋼管O)內(nèi)，使用環(huán)氧樹脂膠將夾持部件(3) 粘接在毛細鋼管( 兩端的裸光纖部分，待環(huán)氧樹脂固化后將以上部分放入下外殼(7)中， 在毛細鋼管⑵的外圍填充吸水樹脂⑷，同時在夾持部件⑶與下外殼(7)之間的空隙部分放置墊塊(5)，最后將上外殼(6)與下外殼(7)螺栓連接。
全文摘要
一種光纖光柵濕度傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。由光纖光柵、毛細鋼管、夾持部件，吸水樹脂、墊塊、外殼組成。其特征在于當吸水樹脂吸入水分時，將產(chǎn)生與吸水樹脂特性有關(guān)的線性膨脹，膨脹對柵區(qū)兩側(cè)的夾持部件產(chǎn)生壓力作用而使光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變，進而根據(jù)光纖光柵的波長變化推斷濕度值。本發(fā)明的效果和益處是，該濕度傳感器將對濕度值的測量，借助一定的力學(xué)原理，轉(zhuǎn)化為對光纖光柵應(yīng)變的測量。吸水樹脂通過毛細鋼管與光纖光柵隔離，而直接作用在兩端的夾持部件上，避免了復(fù)雜的化學(xué)涂覆工藝及可能產(chǎn)生的反射波長多峰值的不良影響。該濕度傳感器制作工藝簡單，成本低廉，具備光纖光柵傳感元件靈敏度高、體積小、抗電磁輻射等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/17GK102393359SQ20111031774
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者任亮, 張瑩, 李東升, 李宏男, 賈子光 申請人:大連理工大學(xué)