基于法布里-珀罗结构的光纤相对湿度和温度传感器研究.pdf

中文摘要

相对湿度和温度与人们的生活生产紧密相关，研制高精度的温湿度传感器是十

分重要的。与传统传感器尺寸大、易受电磁干扰等特点相比，光纤传感因其体积紧

凑、灵敏度高和抗电磁干扰等优势被广泛运用于相对湿度和温度的传感领域。本文

-FPI

采用了法布里珀罗干涉（）的光纤结构，分别结合相对湿度敏感材料和温度敏感

材料，实现高性能的温湿度传感。本文的研究内容包含以下两个方面：

（1）研究一种用于高性能相对湿度（RH）检测的微型FPI光纤传感器。该传感

HEC

器由单模光纤熔接的一小段毛细管及毛细管末端涂覆一层羟乙基纤维素薄膜（）

RH

而构成。具体研究了毛细管腔长和羟乙基纤维素浓度对传感器响应的影响，得

出了HEC浓度为0.03g/ml和毛细管长度为102μm时为最佳实验条件。在

48%-60%RH范围内，传感器的相对湿度灵敏度为1.24nm/%RH，线性相关系数为

0.9911RH

，具有较高的灵敏度和良好的线性响应。同时，随着值的增大和减小，试

验显示了较小的迟滞误差。动态测量显示响应时间为1.61s，恢复时间为2.1s。该传

感器具有灵敏度高、稳定性好、制作工艺简单等优点，在相对湿度传感器的实际应

用中具有广阔的应用前景。

（2）设计并实现一种用于温度测量的紧凑型级联FPI光纤传感器。传感器包括

FPI

两个并联的，它们都是由单模光纤熔接一小段毛细管，并且在毛细管末端涂覆琼

FP

脂薄膜构成，两个腔分别用作参考单元和温度传感单元。实验研究了不同毛细管

长度和琼脂薄膜浓度对温度响应的影响，得出毛细管长度为188μm（±10μm），琼

脂浓度为0.5wt%时，传感器的温度响应最佳。在25℃-90℃的温度范围内，传感器

3.88nm/℃FPI15.7

的温度灵敏度为，相比于单个温度传感提高了倍。在温度上升

和下降的试验中，传感器展示了出色的可逆性。该传感器的温度灵敏度较高，并且

具有良好的稳定性、重复性以及可逆性，在监测温度变化领域具有很大的应用潜力。

关键词：法布里-珀罗结构；羟乙基纤维素；琼脂薄膜；相对湿度传感；温度传感

I

Abstract

Relativehumidityandtemperaturearecloselyrelatedtopeopleslifeandproduction,

anditisveryimportanttodevelophigh-precisiontemperatureandhumiditysensors.

Comparedwithtraditionalsensorswithlargesizeandsusceptibilitytoelectromagnetic

interference,fiberopticsensingiswidelyusedinthefieldofrelativehumidity(RH)and

temperaturesensingduetoitsadvantagesofcompactsize,highsensitivityandresistance

toelectromagneticinterference.Inthispaper,aFabry-PerotInterference(FPI)fiber

structureisusedtocombineRH-sensitivematerialsandtempe