基于敏感薄膜的光纤温湿度双参量传感方法研究

发布时间：2024-03-01 18:40

　　由于某些特殊环境中对湿度传感器有着特定的要求,例如在粮仓等食品仓库和变压器等电压较高的用电设备中要求它能应用于低湿环境中,在高度集成的精密仪器内部空间有限,所以为了满足上述特殊环境中的湿度测试需求,本文旨在研究制作能够应用在狭小空间的高精度温湿度传感系统。本文使用湿敏薄膜与光纤结合实现了狭窄微水环境中的湿度检测。为阐明湿度敏感薄膜的湿敏原理及环境湿度调制湿度传感探头内部光信号的作用机制,文中详细分析了薄膜生长过程中的成膜结构及特定薄膜的制作方法。由于低湿度环境中的湿度测量一直是湿度测量领域的难点,文中着重研究了能在极低湿度环境中使用的介质薄膜型湿度传感器。其中具有光子晶体结构的湿度传感探头在11-84%RH的湿度范围内光谱波长移动达到21.6 nm,平均湿度灵敏度为0.3 nm/%RH;具有法布里-珀罗干涉结构的湿度传感探头在30-70%RH范围内波长移动了9.6 nm,平均湿度灵敏度为0.24 nm/%RH,这两种结构的湿度传感器都能在低至1%RH的极低湿度环境中使用。由于环境监控需要同时测量温度和湿度,因此本文将湿敏薄膜与光纤光栅结合用以实现温湿度双参量传感和监测。设计并实现了基于...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.3光强调制型光纤湿度传感器

光强调制型是基于光吸收的传感方法使得光纤中传播的光束能受到环境湿度的调制而制作成的光纤湿度传感器,这类湿度传感器很早就大量研究,其传感结构主要是在光纤内部或四周添加特定的湿敏材料来使传输光的光强与环境湿度的变化建立联系进行环境湿度传感。光强调制型光纤湿度传感探头一般是将湿敏薄膜制....

图1.4光纤U型弯曲的消逝波型湿度传感器

消逝波型是基于光纤内纤芯和包层分界面上的消逝波而制成的光纤湿度传感器,光纤中的光在传输时会有部分光通过纤芯与包层的分界面泄露到包层中去,这部分光由于不符合全反射传输的条件,在传输较短距离后会迅速衰减直至消失,所以称之为消逝波。由于消逝波是在光纤包层中传输,所以在制作基于消逝波的光....

图1.5Fabry-Perot干涉型光纤湿度传感器μm

干涉型光纤传感器[64-68]主要有Fabry-Perot、Michelson、Mach-Zehnder和Sagnac这四类干涉结构,其工作原理是外部环境的某一参量变化导致光纤干涉结构的光程发生变化,进而导致干涉信号出现光学参量（波长、光强、相位等等）的改变。干涉型光纤湿度传感....

图1.6光纤布拉格光栅涂覆高分子聚合物湿度传感示意图

光纤布拉格光栅出现的较早,通常将折射率变化周期小于1　μm的光纤光栅称为布拉格光栅或短周期光栅,该类型光纤光栅存在一个反射峰,属于反射型带通滤波器。布拉格光栅与湿敏薄膜的结合方式通常是将聚合物薄膜涂敷在光栅四周,聚合物薄膜在潮湿环境中会吸水膨胀,膨胀产生的应力会拉动内部的光纤光栅....

本文编号：3915658