论文部分内容阅读
光纤布拉格光栅传感器是近年来在传感技术领域发展的前沿课题。此种传感器除了具有普通光纤传感器的许多优点外,更具有独特的优点:采用波长这一绝对参量对外界参量进行编码,测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗等因素的影响;尺寸小巧,易于埋入材料内部和复杂设备内部,可获得对其内部温度和应变等信息;可采用波分复用技术将多个传感器串接在一根光纤里,实现准分布式测量,易于组网。
空气湿度与人类关系密切。随着工农业,国防、科技及整个国民经济的迅猛发展,对环境湿度的控制和检测越来越受到人们的重视,市场也越来越大。在石油化工、电力、纺织等领域中,往往涉及易燃、易爆场合的温/湿度测量问题,对传感器的阻燃、防爆性能提出特殊要求,光纤光栅传感由于具有本质安全防爆特性,抗电磁干扰能力强,在上述场合能够发挥其优势,具有广阔的应用前景。
本文研制了一种新型的光纤布拉格光栅湿度传感器。其设计思想是,在光纤布拉格光栅上涂上一层聚酰亚胺(PI),聚酰亚胺(PI)为湿敏材料,它吸收空气中的水蒸气会发生膨胀,引起光纤布拉格光栅的轴向应力变化,光栅的反射峰位置发生波长漂移,通过确定反射峰波长位置可获得空气中的湿度信息,从而对湿度传感。理论分析表明,布拉格波长的漂移量与湿度呈明显的线性关系;光纤布拉格光栅纤芯横截面半径、湿敏材料涂层厚度与传感器灵敏度之间的关系是:纤芯横截面半径越小,传感器灵敏度越高;湿敏材料涂层越厚,光纤光栅的湿度灵敏度越高。
实验中所用光纤直径相同,均为125μm,采用两种不同厚度的聚酰亚胺薄膜涂覆光纤布拉格光栅,测出两种膜厚下相对湿度与布拉格波长移动的关系,分析计算出两种不同情况下的聚酰亚胺涂层厚度与光纤布拉格光栅湿度传感器的灵敏度的关系。结果表明:具有较厚涂层的光纤布拉格光栅具有较高的湿度灵敏度。