基于氧化石墨烯-聚乙烯醇薄膜的光纤光栅湿度传感器

为提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)对环境湿度的敏感性,本文提出将氧化石墨烯-聚乙烯醇溶液涂覆在FBG上进行湿度增敏。首先对传感器的湿度响应进行了理论研究,然后使用提拉镀膜法制作了传感器样品,实验讨论了湿敏溶液的混合比例和薄膜厚度对湿度灵敏度的影响。进一步的实验研究结果表明:当氧化石墨烯和聚乙烯醇溶液的混合比例为9∶1,涂覆 厚度为89 μm时,在相对湿度 50%—60%RH(relative humidity)的 湿度范围内,传感器的湿度灵敏度为2.3 pm/%RH;在60%—70%RH的 湿度范围内,传感器的湿度灵敏度为7.7 pm/%RH;在70%—80% RH的湿度范围内,湿度灵敏度为47.2 pm/%RH。传感器的温度灵敏度为13.2 pm/℃,湿度测量的不稳定性为0.064 7% RH,响应和 恢复时间分别为0.84 s和11.46 s。该传感器制作简便、湿度灵敏度高、稳定性好,具有较大的应用潜力。     

基于聚酰亚胺材料的FBG湿度传感特性研究

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)侧面镀膜感湿的新型全光纤湿度计,选取具有高湿敏特性和线膨胀系数(9.432×10-5%RH)的改性聚酰亚胺(PI)作为湿敏材料。通过在FBG侧面涂覆5种不同厚度的PI薄膜,检测厚度对传感器灵敏度和响应时间的影响,实验结果与理论计算符合很好,通过测试,PI薄膜厚为21μm时,传感器的湿度灵敏度为2.67×10-6/%RH,响应时间小于8s,有很好的实际应用前景。     

基于保偏长周期光纤光栅的光纤环镜传感器

提出了一种基于保偏长周期光纤环形镜结构的光纤 传感器,可实现对湿度和温度两个参数的 同时测量。采用高频CO₂激光器在熊猫形保偏光纤(PMF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),然 后与3dB单模 光纤(SMF)耦合器连接组成光纤环形镜,并在保偏长周期光纤光栅(PM-LPFG)表面涂覆一 层湿敏材料聚乙烯醇(PVA)薄膜用于获得空气的相对湿度。PM-LPFG的谐振峰波长强度和波长同时 随湿度 与温度的变化而变化,实现对外界相对湿度与温度的同时测量,相对湿度和温度的灵敏度分 别为0.17nm/%RH和0.21nm/℃。     

光纤多参数传感器研究

基于光纤Bragg光栅(FBG)检测原理,研发了适用于地下空间安全监测应用的光纤风速、温度、湿度等多参数传感器。光纤风速传感器基于激光致热光纤热线式流量检测原理,对于低风速有较高的灵敏度,风速从0变化到0.5 m/s时,FBG波长变化量为800 pm,采用解调精度为1 pm的光纤光栅解调仪,风速分辨率为0.7 mm/s。光纤湿度传感器通过在FBG光栅表面均匀涂覆湿度敏感的聚酰亚胺溶液,湿度变化导致光纤应变变化进而实现湿度测量。对新型光纤光栅温湿度传感器的性能参数进行测试,实验测试结果显示,传感器监测灵敏度为4.2pm/%RH,检测精度小于±3%RH。     

基于并联法布里-珀罗干涉仪游标效应的增敏光纤湿度传感器

为了提高光纤湿度传感器的灵敏度,提出了一种基于并联光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometers, FPIs)游标效应的增敏型湿度传感器,并进行了实验验证。该传感器由两个基于内径4μm石英毛细管的光纤FPI通过2×2耦合器并联组成,其中一个FPI作为传感FPI,其末端镀有湿敏特性的琼脂糖薄膜,另一个作为参考FPI。论文分析了器件的湿度传感工作原理,实验结果论证了该理论分析的正确性。实验显示,并联FPI游标效应器件在40%RH—60%RH范围内其灵敏度高达0.843 9 nm/%RH,较之单一FPI的灵敏度提高了9倍,是并联FPI反射谱直接波谷追踪波长解调灵敏度的44倍。增加FPI末端湿敏膜厚度,其灵敏度进一步提高至1.12 nm/%RH。该传感器制备简单、尺寸小、灵敏度高,在湿度测试方面具有潜在的应用价值。     

基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器

研究了基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅（FBG）湿度传感器。传感器利用PI薄膜湿膨胀效应,将湿应变作用于Bragg栅区,从而改变光纤FBG湿度传感器中心波长的原理,实现了对26-98％RH范围内环境相对湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺,有效提高了FBG湿度传感器性能,并采取了相应温...     

一种二次镀银光纤光栅气敏传感器

为了更加有效地实时检测井下硫化氢(H₂S)气体,提出一种在光纤Bragg光栅(FBG)上二次 涂镀银(Ag)膜的光纤气敏传感器。一方面,采用二次镀Ag的制备方法增加Ag膜的均匀性,提 高气敏元件的灵敏度;另一方面,采用特殊的油气分离、流线型设计,保证了H₂S气体与 气敏元件的有效接触,实 现井下低浓度气体的实时检测。根据实验,当镀Ag的FBG气敏元件置于H₂S气体中时,传入 光 纤的倏逝波能量减小,反射光谱的峰值功率下降2.0dBm。     

基于聚酰亚胺的FBG湿度传感特性及细观特征研究

实现了一种采用聚酰亚胺(PI)薄膜材料涂敷的光 纤布拉格光栅(FBG)湿度传感器,并研究了其表面涂覆结构、湿度传感特性、稳定性及迟滞 特性。采用新的PI溶液的制备工艺,提出了一种增强PI溶液与光纤栅区的耦合方法,并利用 扫描电镜(SEM)确定出4种典型的表面涂覆结构。实验结果表明,当FBG湿度传感器的PI涂覆 厚小于75μm时,湿度特性曲线拟合度大于0.99,标准差 小于0.5;温度特性曲线拟合度大于0.98,标 准差小于0.5;其中,45μm厚的FBG湿度传感 器 湿度灵敏度为7.9pm/%RH,误差度为2.19%, 迟滞性误差为2.6%,稳定时相对湿度波动范围小于0.8%RH。     

用于PEMFC的FBG湿度传感器的制作及性能研究

研究了以聚酰亚胺为湿敏材料的光纤Bragg光栅(FBG)湿度传感器并用其对质子交换膜燃料电池(PEMFC)停机过程中内部湿度进行了实时监测。传感器利用聚酰亚胺的湿膨胀效应,实现 了对24.7%－ 98%RH范围内相对湿度的监测。采用腐蚀光纤包层的方法减小光纤包 层直径,实验结果表明,该方法能在 不影响FBG相对湿度传感器灵敏度的情况下,提高对外界环境相对湿 度变化的响应速度。所 研制的FBG 相对湿度传感器灵敏度能达到3.8 pm/RH,线性度达到99.85%,最大回程误差不超过9pm,当环境相对湿 度从50%突变到85%时,经过腐蚀处理后的FBG 相对湿度响应时间仅为15.4 s。将该FBG湿度传感器布置 于PEMFC内部进行停机过程中湿度的实时监测,实验结果表明,所制作的FBG湿度传感器能够 准确地反映PEMFC停机吹扫过程中内部湿度的变化。     

全反射氧化锗空芯光纤弹性弯曲半径的计算与验证

金属的塑性形变特性使金属毛细管空芯光纤在激 光传输过程中容易产生不可逆塑性形变,依据金属 管材的弹塑性弯曲理论和液相沉积金属毛细管氧化锗(GeO₂)空芯光纤的工艺要求, 本文对铍铜和不锈钢毛细管GeO₂全反射空芯光纤的弹性弯曲半径进行了计算并通过实验验证。结果表明,铍铜和不锈钢 空芯光纤的最小弹性弯曲半径的计算值与实验值相吻合。