CN114812661A - 一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 - Google Patents
一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114812661A CN114812661A CN202110089559.6A CN202110089559A CN114812661A CN 114812661 A CN114812661 A CN 114812661A CN 202110089559 A CN202110089559 A CN 202110089559A CN 114812661 A CN114812661 A CN 114812661A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- sensing probe
- humidity
- hollow
- humidity sensing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 3
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 15
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法，该方法包括：a.将单模光纤与空心光纤进行熔接，形成光纤传感探头；b.采用静电纺丝工艺，制备得到覆盖在所述空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，得到多点监测光纤温湿度传感探头。本发明的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，通过静电纺丝制备得到覆盖在光纤传感探头上的湿敏材料的纳米纤维膜，相比于传统的水凝胶膜制备方法，该方法的制备工艺简单，膜的厚度一致、可控，均匀性较好。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法。
背景技术
湿度的监测对人类生产生活的非常重要，同时也影响着动植物的生长，所以如何准确检测湿度的变化成为当今世界很重要的一项。而现在的环境监测***存在精度低、响应时间慢、无法多点监测等问题。光纤传感器在环境参数测量中扮演着越来越重要的角色。
光纤传感器监测湿度变化主要是利用在光纤表面涂覆一层湿敏膜，当环境湿度发生变化的时候，湿敏膜会吸收并且引起光的传输改变，我们只需检测光谱变化即可实时准确的观测环境湿度变化。
现有的基于法布里-珀罗结构的光纤传感器是在空心光纤端面制作一层传感膜。该传感膜的制备方法是将制作好的空心光纤传感头固定在垂直步进电机上，传感头垂直朝下，控制步进电机向下移动在接触水凝胶溶液时立即向反方向提起，空心光纤端面会形成一层水凝胶膜。但是，水凝胶膜在制备过程中，不容易固定导致制备成功率不高，而且膜的厚度无法控制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，包括：
a.将单模光纤与空心光纤进行熔接，形成光纤传感探头；
b.采用静电纺丝工艺，制备得到覆盖在所述空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，得到多点监测光纤温湿度传感探头。
在本发明的一个实施例中，步骤a包括：
a1：使用光纤熔接机将所述单模光纤与所述空心光纤进行熔接，熔接工艺参数为：放电强度64bit，放电时间1200ms；
a2：采用光纤切割机对所述空心光纤进行切割，以使所述空心光纤的长度为80-150μm。
在本发明的一个实施例中，所述纳米纤维膜为PVA纳米纤维膜。
在本发明的一个实施例中，步骤b包括：
b1：配置PVA溶液；
b2：将所述光纤传感探头固定在金属板上，以使空心光纤的端面朝上，将其放置在静电纺丝机中；
b3：使用注射器吸取PVA溶液，将注射器安装在静电纺丝机的推进装置上，注射器与所述光纤传感探头之间的距离为15-18cm；
b4：将注射器与所述光纤传感探头的空心光纤端面对准，进行静电纺丝，其中，电场强度为20KV。
本发明还提供了一种多点监测光纤温湿度传感探头，包括单模光纤与空心光纤熔接形成的光纤传感探头，以及覆盖在空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，其中，所述多点监测光纤温湿度传感探头采用如上述任一项实施例所述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，通过静电纺丝制备得到覆盖在光纤传感探头上的湿敏材料的纳米纤维膜，相比于传统的水凝胶膜制备方法，该方法的制备工艺简单，膜的厚度一致、可控，均匀性较好。
2.本发明的多点监测光纤温湿度传感探头，灵敏度高、使用灵活，安装方便，可以在狭窄范围内使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多点监测光纤温湿度传感探头制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的光纤传感探头的光学显微镜照片；
图3是本发明实施例提供的静电纺丝的工艺示意图；
图4是本发明实施例提供的纳米纤维的扫描电子显微镜照片；
图5是本发明实施例提供的传感探头端面扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种多点监测光纤温湿度传感探头制备方法的流程示意图，如图所示，该制备方法包括：
a.将单模光纤与空心光纤进行熔接，形成光纤传感探头；
b.采用静电纺丝工艺，制备得到覆盖在空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，得到多点监测光纤温湿度传感探头。
具体地，步骤a包括：
a1：使用光纤熔接机将单模光纤与空心光纤进行熔接，熔接工艺参数为：放电强度64bit，放电时间1200ms；
a2：采用光纤切割机对空心光纤进行切割，以使空心光纤的长度为80-150μm。
在本实施例中，光纤传感探头中用于传感的部分为空心光纤，空心光纤的长度越小，光纤传感探头的灵敏越高。请参见图2，图2是本发明实施例提供的光纤传感探头的光学显微镜照片，图中左边的部分为空心光纤，该空心光纤的长度为80μm。
需要说明的是，本实施例中的纳米纤维膜的厚度不做限制，只要能够覆盖在光纤传感探头上形成膜均可。
可选地，纳米纤维膜为PVA纳米纤维膜。
进一步地，对静电纺丝在光纤传感探头上制备PVA纳米纤维膜进行具体说明，请结合参见图3，图3是本发明实施例提供的静电纺丝的工艺示意图。在本实施例中，步骤b包括：
b1：配置PVA溶液；
在本实施例中，将8g聚乙烯醇粉末(PVA)加入到100ml去离子水中，通过连续搅拌形成质量分数为8％PVA溶液。
b2：将光纤传感探头固定在金属板上，使空心光纤的端面朝上，将其放置在静电纺丝机中；
在本实施例中，使用夹具将光纤传感探头固定在金属板上，金属板作为接地的目标物。
b3：使用注射器吸取PVA溶液，将注射器安装在静电纺丝机的推进装置上，注射器与光纤传感探头之间的距离为15-18cm；
在本实施例中，注射器与光纤传感探头之间的距离16cm。
b4：将注射器与光纤传感探头的空心光纤端面对准，进行静电纺丝。
在本实施例中，设置电场强度为20KV，设置推料速度为0.0015mm/s，设置推料时间为4min。
在20KV强电场作用下，PVA溶液喷射形成的PVA纳米纤维覆盖在光纤传感探头的空心光纤端面，形成纳米纤维膜。请参见图4，图4是本发明实施例提供的纳米纤维的扫描电子显微镜照片，从图中可以看出PVA纳米纤维相互之间交叉重叠，大多数纤维呈直线状。
值得说明的是，可以通过控制推料时间，以形成具有特定厚度的纳米纤维膜，该纳米纤维膜也就是多点监测光纤温湿度传感探头的传感膜。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的传感探头端面扫描电子显微镜照片，从图中可以看出PVA纳米纤维包裹在传感探头的端面上，形成一定厚度的PVA纳米纤维膜。
本实施例的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，通过静电纺丝制备得到覆盖在光纤传感探头上的湿敏材料的纳米纤维膜，相比于传统的水凝胶膜制备方法，该方法的制备工艺简单，膜的厚度一致、可控，均匀性较好。
进一步地，本实施例还提供了一种多点监测光纤温湿度传感探头，包括单模光纤与空心光纤熔接形成的光纤传感探头，以及覆盖在空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，其中，本实施例的多点监测光纤温湿度传感探头采用如上述实施例所述的制备方法制备得到。
本实施例的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法制备得到的光纤温湿度传感探头其光纤尾部为80μm，体积较小，可以在较狭窄范围内使用，也可以通过放入多个光纤温湿度传感探头，实现多点测量。而且该光纤温湿度传感探头灵敏度高、使用灵活，安装方便。
应当说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，其特征在于，包括：
a.将单模光纤与空心光纤进行熔接，形成光纤传感探头；
b.采用静电纺丝工艺，制备得到覆盖在所述空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，得到多点监测光纤温湿度传感探头。
2.根据权利要求1所述的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，其特征在于，步骤a包括：
a1：使用光纤熔接机将所述单模光纤与所述空心光纤进行熔接，熔接工艺参数为：放电强度64bit，放电时间1200ms；
a2：采用光纤切割机对所述空心光纤进行切割，以使所述空心光纤的长度为80-150μm。
3.根据权利要求1所述的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，其特征在于，所述纳米纤维膜为PVA纳米纤维膜。
4.根据权利要求3所述的多点监测光纤温湿度传感探头制备方法，其特征在于，步骤b包括：
b1：配置PVA溶液；
b2：将所述光纤传感探头固定在金属板上，使所述空心光纤的端面朝上，将其放置在静电纺丝机中；
b3：使用注射器吸取PVA溶液，将注射器安装在静电纺丝机的推进装置上，注射器与所述光纤传感探头之间的距离为15-18cm；
b4：将注射器与所述光纤传感探头的空心光纤端面对准，进行静电纺丝，其中，电场强度为20KV。
5.一种多点监测光纤温湿度传感探头，其特征在于，包括单模光纤与空心光纤熔接形成的光纤传感探头，以及覆盖在空心光纤端面上的湿敏材料的纳米纤维膜，其中，所述多点监测光纤温湿度传感探头采用如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110089559.6A CN114812661A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110089559.6A CN114812661A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114812661A true CN114812661A (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=82523652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110089559.6A Pending CN114812661A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114812661A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102507664A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-06-20 | 浙江大学 | 一种导电高分子复合纳米纤维电阻型湿度传感器及其制备方法 |
| CN102586928A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-18 | 苏州大学 | 一种聚乙烯醇纳米纤维、制备方法及装置 |
| CN102817178A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-12-12 | 北京化工大学 | 提高聚乙烯醇纳米纤维膜热稳定性和力学性能的方法 |
| CN107247037A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-10-13 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于单模‑多模‑无芯光纤结构的分子态有机污染物监测传感器 |
| CN110207760A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-09-06 | 南京信息工程大学 | 同时检测温度与湿度的光纤传感器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-01-22 CN CN202110089559.6A patent/CN114812661A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102507664A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-06-20 | 浙江大学 | 一种导电高分子复合纳米纤维电阻型湿度传感器及其制备方法 |
| CN102586928A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-18 | 苏州大学 | 一种聚乙烯醇纳米纤维、制备方法及装置 |
| CN102817178A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-12-12 | 北京化工大学 | 提高聚乙烯醇纳米纤维膜热稳定性和力学性能的方法 |
| CN107247037A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-10-13 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于单模‑多模‑无芯光纤结构的分子态有机污染物监测传感器 |
| CN110207760A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-09-06 | 南京信息工程大学 | 同时检测温度与湿度的光纤传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JINZE LI等: "An Optical Fiber Sensor Coated with Electrospinning Polyvinyl AlcoholCarbon Nanotubes Composite Film", 《SENSOR》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108759704A (zh) | 一种光纤f-p复合腔型高温应变传感器 | |
| CN106896277B (zh) | 一种基于微纳光纤倏逝场及电光聚合物的电场传感器 | |
| CN105652364A (zh) | 并行集成的光纤布拉格光栅及其制作方法、制作装置 | |
| CN204613104U (zh) | 一种基于错位熔接的光纤湿度传感器 | |
| CN210897960U (zh) | 一种多功能光纤扰模器 | |
| CN104266777A (zh) | 一种基于纤芯失配衰减器的全光纤温度传感器 | |
| CN103197380A (zh) | 一种基于光纤拉锥技术的接触式光纤微探头的制备方法 | |
| CN114812661A (zh) | 一种多点监测光纤温湿度传感探头及其制备方法 | |
| CN112179535B (zh) | 一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测*** | |
| CN111239890B (zh) | 一种微纳光纤长周期光栅的制备装置及制备方法 | |
| CN114370894B (zh) | 一种光纤温湿度传感器及其制备方法 | |
| CN108375348B (zh) | 一种光纤弯曲传感器及光纤弯曲传感器的制备方法 | |
| CN109991562A (zh) | 一种双芯光纤磁场传感探头 | |
| CN116143398A (zh) | 可同时实现多波长红外吸收测量和阻抗谱分析的光-电复合传感器的制造方法 | |
| CN214150438U (zh) | 一种光纤湿度传感器及湿度传感器检测装置 | |
| CN115931021A (zh) | 一种光纤传感器、其制备方法及传感装置 | |
| CN112729122B (zh) | 一种基于飞秒激光直写倾斜啁啾光纤光栅传感器测试方法 | |
| CN114813571A (zh) | 一种花生形光纤湿度传感器及其制备方法 | |
| CN112964181B (zh) | 一种光纤布拉格光栅位置检测装置及其测量方法 | |
| CN109668652B (zh) | 一种玻璃管填充的光纤温度测量装置 | |
| CN114137446A (zh) | Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感磁场传感装置 | |
| CN114486525B (zh) | 一种纤维单丝力阻响应在线测试装置及测试方法 | |
| CN117606641B (zh) | 一种基于锗晶片的光纤干涉型传感器及其制作方法 | |
| Di Palma et al. | Miniaturized fiber optic probe based on colloid crystals of hydrogel coated nanoparticles for relative humidity measurements | |
| CN217005705U (zh) | 一种基于光纤球阵列的气球形光纤mzi微位移传感装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220729 |