【摘 要】
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自可实用的石英光纤诞生以来,光纤技术在获取、传递、处理信息等方面的应用一直被广泛研究。随着社会不断向前发展,在工农业、航空航天等领域更加需要体积微型、便携、构造简单、灵敏度高的传感器。光纤传感器因能抗电磁干扰、在异常恶劣环境下也能正常稳定工作而被广泛研究。同时经过实验证明,光纤传感器在应力,湿度,温度,气体等方面的应用效果也十分显著。本文主要设计了一种结构微型化、制作简易的基于湿敏膜的非本征型法布
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自可实用的石英光纤诞生以来,光纤技术在获取、传递、处理信息等方面的应用一直被广泛研究。随着社会不断向前发展,在工农业、航空航天等领域更加需要体积微型、便携、构造简单、灵敏度高的传感器。光纤传感器因能抗电磁干扰、在异常恶劣环境下也能正常稳定工作而被广泛研究。同时经过实验证明,光纤传感器在应力,湿度,温度,气体等方面的应用效果也十分显著。本文主要设计了一种结构微型化、制作简易的基于湿敏膜的非本征型法布里-珀罗干涉(Extrinsic Fabry-Parot interferometric,EFPI)的光纤湿度传感器。本文对EFPI光纤湿度传感器的种类和工作原理进行了详细介绍,在分析了有机聚合物对湿度敏感的原理的基础上,选择了聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)作为本文所研究的湿度敏感材料,实现了一种基于PVA湿敏膜的EFPI光纤湿度传感器。传感器制作过程为:在平整光纤端部镀上一层能提高端面反射率的金膜,利用溶胶-凝胶法制备10%浓度的PVA水凝胶,采用提拉法在金膜上方涂覆一定厚度的PVA湿敏膜构成法布里-珀罗(Fabry-Parot,FP)腔,为了消除温度的交叉敏感,在距离FP腔一段距离处级联一个光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)。根据不同的饱和盐溶液在密闭环境下有不同湿度值的原理,用饱和盐溶液作为湿度发生装置模拟环境湿度。采用交叉相关算法的相位解调方法对腔长解调。本文制作了不同初始腔长的传感器进行湿度实验、温度实验。初始腔长为40.46μm的传感器在18.2%RH-91.6%RH的湿度范围内,平均湿度灵敏度为0.038μm/%RH,在20℃-90℃的温度范围内,平均温度灵敏度为3.88nm/℃,并且湿度灵敏度是温度灵敏度的十倍。中心波长为1553.5nm的FBG在20℃-90℃的温度范围内,平均温度灵敏度为9.415pm/℃。可以看到初始腔长越大,湿度灵敏度越高。
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