一种基于PVA湿敏材料的细芯迈克尔逊干涉仪的折射率传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106770044A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201710017330.5(22)申请日2017.01.09(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人倪凯马启飞杨介伟(51)Int.Cl.G01N21/45(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于PVA湿敏材料的细芯迈克尔逊干涉仪的折射率传感器(57)摘要本发明的目的在于提供一种基于聚乙烯醇(PVA，polyvinylalcohol)湿敏材料的细芯(TCF，thincorefiber)迈克尔逊干涉仪(MI，themichelsoninterferometer)的折射率传感器装置，其特征在于：由普通光纤(SMF，singlemodefiber)(1)、一段细芯光纤(2)、微弧区域(3)和PVA薄膜(4)组成；单模光纤(1)、细芯光纤(2)、微弧区域(3)相连接并在细芯(2)表面与微弧区域(3)表面涂敷PVA薄膜(4)构成全光纤的迈克尔逊干涉仪(结构示意图，如图1所示)。PVA作为外界环境与折射率的转换器，当外界环境的湿度变化时，PVA薄膜(4)吸收水分子改变折射率，影响了包层模式的有效折射率，从而导致相位的改变，可以进行波长解调又可以进行强度解调。具有结构简单、成本低、灵敏度较高、结构微小，可以应用于实际工程中。CN106770044ACN106770044A权利要求书1/1页1.本发明的目的在于提供一种基于聚乙烯醇(PVA，polyvinylalcohol)湿敏材料的细芯光纤(TCF，thincorefiber)迈克尔逊干涉仪(MI，themichelsoninterferometer)的折射率传感器装置，其特征在于：由普通光纤(SMF，singlemodefiber)(1)、一段细芯光纤(2)、微弧区域(3)和PVA薄膜(4)组成；单模光纤(1)、细芯光纤(2)、微弧区域(3)相连接并在细芯(2)表面与微弧区域(3)表面涂敷PVA薄膜(4)构成全光纤的迈克尔逊干涉仪。2.根据权利要求1所述的一种基于PVA湿敏材料的细芯迈克尔逊干涉仪的折射率传感器装置，其特征在于：单模光纤(1)、细芯光纤(2)、微弧区域(3)均可采用G.652单模光纤，在细芯(2)表面与微弧区域(3)表面涂敷PVA，厚度均匀。细芯光纤(2)的纤芯和包层直径分别为2μm～5μm和120μm～130μm，细芯光纤(2)的长度L约为2mm～5mm，微弧区域(3)的长度l为40μm～50μm。2CN106770044A说明书1/3页一种基于PVA湿敏材料的细芯迈克尔逊干涉仪的折射率传感器技术领域[0001]本发明提供一种基于聚乙烯醇(PVA，polyvinylalcohol)湿敏材料的细芯(TCF，thincorefiber)迈克尔逊干涉仪(MI，themichelsoninterferometer)的折射率传感器，属于光纤传感技术领域。背景技术[0002]光纤折射率传感器作为光纤传感器的一种已经吸引了广泛的注意，由于它具有结构微小，灵敏度高，容易制造等优势。近些年来，光纤折射率传感器基于SPR(SurfacePlasmonResonance)，包层腐蚀，细锥结构，光纤光栅等已经被提出，在这些不同的结构类型中基于细芯光纤的传感器占了一部分，例如在细芯光纤上刻蚀腐蚀细芯光纤等。尽管这些方法都一定程度的提高了折射率的灵敏度，但是仍然存在一些方面的缺陷。例如基于光纤光栅的结构存在温度交叉灵敏度温度，基于错位的结构柔韧性很差，还有一些需要化学腐蚀的处理过程，都增加了制作过程中的困难。为解决以上问题一类新型的高折射率传感器被提出，这种传感器具有成本低、容易制作，对温度不敏感，既可以进行波长解调又可以进行强度解调等优点。[0003]一种基于模式激发细芯光纤的高折射率传感器可以实现纤芯模与包层模的模式干涉，并且该传感器不存在二级的干涉谱，不需要电脑进行数据的过滤。当使用该传感器对外界环境折射率进行测量时，每当改变外界折射率时都会使干涉条纹发生漂移，反射谱的波长和强度也会相应发生改变，通过对反射谱的波长或强度进行解调，可以实现折射率的测量，外界温度从25℃增加到90℃，反射谱的波长和强度没有明显变化，因此该传感器是温度不敏感的折射率传感器。[0004]为了获得较大的测量范围，提高随着外界折射率改变干涉波谱的强度，近几年来，许多基于PVA湿敏材料的湿度传感器已经被提出。2011年Zhao等人提出一种基于单模+多模+单模结构，涂敷了PVA，湿度灵敏度在50％RH-89％RH(refractoryhypertension)范围内灵敏度为0.16nm/％