【摘 要】
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随着经济和社会的发展,对于环境湿度的监控与测量的要求在不断提高。目前市场上常见的传统电子湿度计因其工作原理,极易受到电磁干扰的影响,这使得其不再能够适用于现在工业需要的一些特殊环境,为解决这一问题,具有质量轻、体积小、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度更高等优点的光纤湿度传感器备受关注。然而现在的光纤湿度传感器的响应和恢复时间依然较长,灵敏度也还不够高,为了取得更高的灵敏度,湿敏材料的选取尤为关键
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随着经济和社会的发展,对于环境湿度的监控与测量的要求在不断提高。目前市场上常见的传统电子湿度计因其工作原理,极易受到电磁干扰的影响,这使得其不再能够适用于现在工业需要的一些特殊环境,为解决这一问题,具有质量轻、体积小、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度更高等优点的光纤湿度传感器备受关注。然而现在的光纤湿度传感器的响应和恢复时间依然较长,灵敏度也还不够高,为了取得更高的灵敏度,湿敏材料的选取尤为关键。作为一种高分子湿敏材料,水凝胶因为其良好的吸水性能,可以提升传感器的灵敏度,然而水凝胶具有的保水性使得大多数水凝胶脱附水分子的能力较差,在吸附水分子后,无法将水分子脱附,大幅增加了湿度降低时基于水凝胶的湿度传感器的恢复时间,降低了传感器的湿敏性能。针对上述问题,本论文以聚乙烯醇（PVA）水凝胶为湿敏材料,并掺杂交联剂丙三醇或吐温20,构建基于PVA薄膜、PVA/丙三醇薄膜和PVA/吐温20薄膜的倏逝波型光纤湿度传感器,论文的主要研究工作如下:（1）选用吸水性较强的水凝胶作为湿敏材料,增强了薄膜的亲水性,提升了传感器的灵敏度,采用改进提拉法制备亲水的PVA薄膜,采用改进提拉法和化学交联法,将丙三醇和吐温20作为交联剂,制备亲水性更强的PVA/丙三醇和PVA/吐温20薄膜,制备出的薄膜厚度较低,大大降低了水凝胶保水性对传感器的影响。（2）相比于纯PVA薄膜制备的光纤湿度传感器,掺杂丙三醇后,传感器的灵敏度得到了显著提升,其中在50ml PVA溶液条件下,PVA浓度为4wt%并掺杂3ml丙三醇时,制备的基于PVA/丙三醇薄膜的光纤湿度传感器有最佳的传感性能:传感器的输出光强和湿度在湿度从29%RH升高至98%RH时呈现指数的变化规律,在高湿度更加灵敏,拟合度为0.9802,平均灵敏度为160.3lux/%RH,响应时间为55s,恢复时间为51s,并且具有良好的重复性。（3）同样的,掺杂吐温20后,传感器的灵敏度得到了显著提升,其中在50ml PVA溶液条件下,PVA浓度为4wt%并掺杂3ml吐温20时,基于PVA/吐温20薄膜的光纤湿度传感器有最佳的传感性能:传感器的输出光强和湿度在湿度从22%RH升高至82%RH时呈现指数的变化规律,在高湿度更加灵敏,拟合度为0.9914,平均灵敏度为426.1lux/%RH,响应时间为11s,恢复时间为9s,并且具有良好的重复性。（4）基于纯PVA薄膜的光纤湿度传感器输出光强随湿度增加而减小,其原理主要因为PVA吸水溶胀导致包层的吸收系数增加以及折射率降低,从而影响倏逝波的传输。而基于PVA/丙三醇和PVA/吐温20薄膜的光纤湿度传感器输出光强随湿度增加而增大,其原理主要因为化学交联后的PVA薄膜吸水溶胀后,薄膜变得平滑,缝隙和孔隙减少,导致倏逝波的散射减小,从而影响倏逝波的传输。
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