專利名稱：光纖溫/濕度傳感器及其制造方法和計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，具體為一種光纖溫度傳感器、光纖濕度傳感器 及其制造方法和使用它們的溫濕度計(jì)量裝置，國際專利分類號擬為
Int. C1.G01K 11/32 (2006.01)。
背景技術(shù)：
光纖具有直徑細(xì)、重量輕，且是絕緣體的特性，有利于在電磁噪音強(qiáng)、 高壓區(qū)域內(nèi)使用，不受干擾，特別是玻璃光纖具有可以在高溫和可燃性氣體 環(huán)境中使用的優(yōu)點(diǎn)，因此各種光纖傳感器的研究是為重點(diǎn)。
將折射率可以變化的Er —類的無機(jī)材料攙雜在玻璃內(nèi)，可以獲得一種 特殊的光纖。用激光照射該光纖，使在纖芯內(nèi)的Er的折射率發(fā)生變化，從 而沿光纖的長度方向可形成一個(gè)布朗格光柵(以下簡稱FBG)。當(dāng)從光纖 的一端入射光線時(shí)，F(xiàn)BG只反射特定波長的光；如果對FBG施加伸長變 形，則反射光的波長向長波長的方向位移。如果利用FBG的上述特性，則 可以將FBG作為溫度傳感器使用。這種情況下，溫度變化造成光纖的伸長 變形或者彎曲變形，從而使FBG的周期產(chǎn)生微小的變化，F(xiàn)BG所反射的. 光的波長亦將產(chǎn)生一個(gè)位移，通過測定這個(gè)反射光的波長位移量，則可測量 溫度的變化量。
米格那爾等人，于1995年在(IEEE J. Lightwave Techol)第13巻第7 期1396 1406頁上發(fā)表了生體內(nèi)使用的多功能光纖監(jiān)控傳感器的文章。它 可以利用光傳感器，同時(shí)測定生體內(nèi)的PH值、酸度值、二氧化碳成分等參 數(shù)。該研究在醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)了用光傳感器測定生體信號的魅力。生體光纖傳感器 的整合是今后邁向全光學(xué)化的潮流。米格那爾提出的光學(xué)傳感器中，利用熱 電偶測定體內(nèi)溫度，用其他光纖溫度傳感器修正誤差。
維爾切斯等人于1991年，在(IEEE Trans. Biomed. eng.)第38巻第 10期974 981頁上發(fā)表了生理光纖溫度傳感器的文章。由于它是在系統(tǒng)上 將溫度傳感器加在光纖上，所以在制造上存在問題。從外部對光纖施加的溫度傳感器是一種能夠發(fā)出熒光的化學(xué)物質(zhì)。熒光的壽命與溫度有關(guān)，利用該 信號測定溫度。由于其后面的信號處理線路復(fù)雜，所以不能進(jìn)行實(shí)時(shí)測定。
眾所周知，盡管FBG光纖傳感器應(yīng)用價(jià)值很高，但為了檢測溫度變 化，對于輸入波長來說，為了檢測到輸出波長的極其微小的變化量，就需要 價(jià)格昂貴的檢波器，再加上制作F B G傳感器需要使用高價(jià)格的特殊光纖， 及高難度的封裝技術(shù)，所以其綜合成本太高，特別是在民用領(lǐng)域難于推廣應(yīng) 用。
關(guān)于光纖濕度傳感器，主要是特開2003 — 270141以及特開2003 — 130863特許公報(bào)所公示的技術(shù)。考慮到塑料光纖的反射層易于從纖芯剝 除，直徑大，容易加工等因素，因此所公開的技術(shù)局限在使用塑料光纖方 面。其制作技術(shù)為將包覆層材料涂敷在纖芯上，通過自然干燥法形成感應(yīng)包 覆層，制成光纖濕度傳感器。
不過，迄今為止所公開的光纖濕度傳感器的技術(shù)，尚存在以下問題。 首先，在公開的技術(shù)中，不僅從原理上要求包覆層的折射率只能比纖芯 的折射率高，而傳感器工作的充要條件是感應(yīng)包覆層的折射率因感應(yīng)濕度 的變化必須降低到足以使傳感器由感應(yīng)前的光泄漏狀態(tài)(Leaky Mode)轉(zhuǎn)變?yōu)?br> 感應(yīng)后的波導(dǎo)狀態(tài)(Wave Guide Mode)。因此為了提高傳感器的靈敏度和響 應(yīng)速度，實(shí)質(zhì)上二者的折射率的差要求控制在0.005以內(nèi)。這一要求給制造 上帶來調(diào)節(jié)折射率的難度，從而限制了選擇材料的范圍。
其次， 一般地來說，塑料光纖纖芯和包覆層的高聚物材料間的相容性 差，特別是在使用混合材料時(shí)，在溶液狀態(tài)下，多會(huì)發(fā)生相分離，容易形成 不均勻的感應(yīng)包覆層，同時(shí)存在感應(yīng)包覆層容易從纖芯剝離等問題。因此濕 度傳感器的個(gè)體差異大，使用壽命短。
此外，采用塑料光纖纖芯時(shí)，由于纖芯也具有吸濕性，因此影響到濕度 傳感器的性能穩(wěn)定性，又由于塑料纖芯受溫度的影響太大，在低濕度(小于 5 0%)范圍內(nèi)，較大的溫度變化所引起的輸出光強(qiáng)度的變化將淹沒因濕度 的變化而引起的光強(qiáng)度的變化。
再次，目前所公開的技術(shù)只能采用常溫干燥成膜，沒有對感應(yīng)包覆層進(jìn) 行高溫老化處理，所以存在結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能的不穩(wěn)定性，精度低，耐久性 差，很難實(shí)用。
最后，由于包覆層的折射率比纖芯高，光的損失大。如果使用這種傳感 器制作濕度測量裝置時(shí)，特別是需要長距離輸送時(shí)，不僅存在上述因光損失 大而帶來的光強(qiáng)度不足等問題，而且由于構(gòu)成傳感器的塑料光纖端面積為玻 璃光纖的數(shù)十倍以上，所以塑料纖芯的傳感器與傳輸用的玻璃光纖之間的結(jié) 合損失也太大，根本不能實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種光纖溫度 傳感器、光纖濕度傳感器及其制造方法和使用它們的溫/濕度計(jì)量裝置。所
述的傳感器具有檢測精度高，價(jià)格低廉，便于封裝，適于實(shí)用等特點(diǎn)；所述 的傳感器制造方法具有工藝簡單，成本低廉，便于操作，適于工業(yè)化實(shí)施等 特點(diǎn)；所述的溫/濕度計(jì)量裝置具有實(shí)用、耐久、可靠、精度高、操作方 便、易于安裝及保全等特點(diǎn)。
本發(fā)明解決所述溫度傳感器技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種光纖溫度 傳感器，其特征在于該傳感器是由折射率為n 。的光纖纖芯和折射率為n 。的
感應(yīng)包覆層所構(gòu)成，且該感應(yīng)包覆層中至少含有一種折射率能夠隨溫度變化 而變化的高聚物或低分子材料；所述的光纖為玻璃光纖或塑料光纖，纖芯直 徑為5um 3mm;所述感應(yīng)包覆層的厚度為0.1 30um，感應(yīng)包覆層 的長度不超過2 0 c m。
本發(fā)明解決所述濕度傳感器技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種光纖濕度 傳感器，其特征在于該傳感器是由折射率為n 。的光纖纖芯和折射率為n 。的 感應(yīng)包覆層所構(gòu)成，且該感應(yīng)包覆層中至少含有一種折射率能夠隨濕度變化 而變化的高聚物或低分子材料；所述的光纖纖芯直徑為5 um 3mm;所 述感應(yīng)包覆層的厚度為O. 1 30um;感應(yīng)包覆層的長度不超過2 0 cm。
本發(fā)明解決所述光纖溫度傳感器制造方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì) 一種光纖溫度傳感器的制造方法，其特征在于該制造方法以本發(fā)明所述的光 纖溫度傳感器的玻璃光纖或塑料光纖為傳感器的光纖纖芯，將所述感應(yīng)包覆 層材料在其溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到2 0 — 6 (TC，然后將該 溶液均勻涂敷在所述玻璃光纖或塑料光纖纖芯的外表面，在2 0 — 4 (TC的
條件下晾干后，再經(jīng)熱處理或交聯(lián)處理后即得；所述熱處理的溫度T條件 為(Tm—5 0°C)《T《(Tm+5 0°C)。
本發(fā)明解決所述光纖濕度傳感器制造方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì) 一種光纖濕度傳感器的制造方法，其特征在于該制造方法以本發(fā)明所述的光 纖濕度傳感器的玻璃光纖或塑料光纖為傳感器的光纖纖芯，將所述感應(yīng)包覆
層材料在其溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到2 0 — 6 0 °C,然后將該 溶液均勻涂敷在所述玻璃光纖或塑料光纖纖芯的外表面，在2 0 — 4 (TC的 條件下晾干后，再經(jīng)熱處理或交聯(lián)處理后即得；當(dāng)選用玻璃光纖為傳感器的 光纖纖芯時(shí)，所述熱處理的溫度T條件為(Tm—5 (TC)《T《(Tm + 5 0 °C)。
本發(fā)明解決所述計(jì)量裝置技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種溫/濕度計(jì) 量裝置，包括；脈沖信號處理部分、發(fā)光處理部分、修正發(fā)光量的反饋處理 部分、演算處理部分、溫度值修正處理部分、校正溫度處理部分、信號輸出 及終端控制處理部分、系統(tǒng)自檢處理部分和異常檢知及警報(bào)處理部分，和用 于傳輸溫度信號的光纖或者電線，其特征在于該溫度計(jì)量裝置使用本發(fā)明所 述的光纖溫度傳感器，并在所述光纖溫度傳感器的兩端分別封裝發(fā)光裝置及 受光裝置；該濕度計(jì)量裝置使用本發(fā)明所述的光纖濕度傳感器，并在所述光 纖濕度傳感器的兩端分別封裝發(fā)光裝置及受光裝置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述溫/濕度光纖傳感器及其制造方法，l.是 基于溫度的變化引起光強(qiáng)度的變化量，對溫度進(jìn)行定量化的，所以不需要使 用昂貴的檢波器，因此從傳感器的工作原理上保證了本發(fā)明傳感器及其制造 方法工藝簡單，成本低廉，便于實(shí)際應(yīng)用；2.是產(chǎn)品質(zhì)量提高，采用對感應(yīng) 包覆層的高溫處理，對高聚物的交聯(lián)處理等手段，不僅解決了因混合材料的 相分離、高聚物的分子量過高、或過低，以及溶劑沸點(diǎn)過低等因素引起的包 覆層的膜厚及結(jié)構(gòu)不均勻的缺陷，以及感應(yīng)包覆層易于與纖芯剝離等問題， 同時(shí)也提高了傳感器的精度和靈敏度，減小了傳感器間的個(gè)體間差異，有利 于光纖傳感器的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；同時(shí)，通過傳感器構(gòu)成的最優(yōu)化，即對感應(yīng)包 覆層的膜厚、結(jié)構(gòu)的均勻度、感應(yīng)包覆層的長短等精心設(shè)計(jì)，可以在獲得高 計(jì)量精度的同時(shí)，具有較高的響應(yīng)速度，本發(fā)明的溫度傳感器、濕度傳感器 的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級、溫度測定精度可達(dá)到正負(fù)0.5'C以內(nèi)、濕度精度可達(dá)
到正負(fù)1%以內(nèi)；3.是使用壽命提高，通過對感應(yīng)包覆層的高溫處理，及對 高聚物的交聯(lián)或者加入防老化劑處理等手段，促使感應(yīng)包覆層材料的原不穩(wěn) 定的化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，從而解決了感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能的 穩(wěn)定性問題，從而使傳感器的壽命得到成倍的提高，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平； 4.是便于組配，從傳感器組裝技術(shù)層面來說，由于采用了適應(yīng)不同用途的封 裝，及使用標(biāo)準(zhǔn)的FC插頭連接方式，所以傳感器無論是與LED， PD的 連接，還是與傳輸光纖連接時(shí)，不僅穩(wěn)定可靠，損失小。而且便于現(xiàn)場安 裝；也便于將光纖溫度傳感器，濕度傳感器用于遠(yuǎn)距離遙控和傳輸。
本發(fā)明所述的溫/濕度計(jì)量裝置因?yàn)椴捎昧吮景l(fā)明所述的光纖溫/濕度傳 感器，因此具有計(jì)量精度高，使用壽命長，適用范圍廣，運(yùn)行安全可靠，成 本低廉等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器(沒有反射層)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器(存在反射層)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器的一個(gè)實(shí)施例——彎曲型光纖傳感器
組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器的一個(gè)實(shí)施例——直線型光纖傳感器
組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器的一個(gè)實(shí)施例--個(gè)LED及PD —體
型光纖傳感器組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明溫/濕度光纖傳感器所使用的光纖傳感器評價(jià)裝置示意圖。
圖7是本發(fā)明溫度傳感器的響應(yīng)特性曲線圖。 圖8是本發(fā)明濕度傳感器的響應(yīng)特性曲線圖。 圖9是本發(fā)明濕度傳感器的對比例的響應(yīng)特性曲線圖。
圖中符號含義分別是IO —光纖傳感器；ll一光纖纖芯；12 —感應(yīng)包覆 層；13 —入射光；14一輸出光；15 —損失光；16 —反射層；20 —傳感器保
護(hù)盒；21—金屬套管；30—FC插頭；31 —陶瓷插芯；32—FC插座；40 — 光電變送器；41一傳輸光纖；42 —發(fā)光二極管(LED) ; 43 —光電二極管(PD) ; 44 —微機(jī)；50 —恒溫恒濕槽；60 —金屬插管；61—導(dǎo)線；62 —固定座。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明
本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖溫度傳感器(參見圖l(a)、 (b))，其特征在于該傳 感器是由折射率為n。的光纖纖芯11和折射率為n。的感應(yīng)包覆層12所構(gòu) 成，且該感應(yīng)包覆層12中至少含有一種折射率能夠隨溫度變化而變化的高 聚物或者低分子材料；所述的折射率n?！磏。、或者n 。》n 。。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖濕度傳感器與所述的光纖溫度傳感器結(jié)構(gòu)一樣，其區(qū) 別僅在于光纖濕度傳感器的感應(yīng)包覆層12中至少含有一種折射率能夠隨濕 度變化而變化的高聚物或低分子料；所述的折射率n。〈n。、或者n。^n 。。正因?yàn)槿绱?，在下述說明中，如沒有特別指出，本發(fā)明所述的傳感器對 于所述的光纖溫度傳感器和濕度傳感器均可適用。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的光纖溫度傳感器，其感應(yīng)包覆層12對溫度的反應(yīng)敏 感，即當(dāng)溫度變化時(shí)將引起其折射率發(fā)生相應(yīng)地變化。如隨著溫度上升，所 述感應(yīng)包覆層12的體積膨脹，其折射率將減小。結(jié)果是通過光纖纖芯11而 射出的光強(qiáng)度增強(qiáng)。這時(shí)如果用光電二極管(PD)接收射出的光，那么其感 應(yīng)到的光電流則隨著光強(qiáng)度的增強(qiáng)而變大(圖lb)，所以通過光電流的變化 量就可以測量溫度的升高值。
當(dāng)然，也可以使用體積隨著溫度的上升而縮小的材料、即具有負(fù)膨脹系 數(shù)的材料。這樣的材料，如果溫度升高，則由于體積縮小而折射率增高，輸 出光強(qiáng)度就減小。
本發(fā)明傳感器在考慮到遠(yuǎn)距離輸送時(shí)，為了減少傳感器與傳輸光纖間的 結(jié)合損失，要求傳輸用的光纖在口徑上要與傳感器所使用的光纖盡量一致。 又考慮到遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，無論是光損失，還是價(jià)格，使用單模玻璃光纖是有 利的。所以本發(fā)明的優(yōu)選方案是將所述的感應(yīng)包覆層12直接包覆在單模玻 璃光纖纖芯11的反射層16外面(參照圖2)，而不用將反射層16剝離后， 再在纖芯11外面形成新包覆層12。換言之，在傳感器結(jié)構(gòu)上是所述的折射 率為n 。的光纖纖芯和折射率為n 。的感應(yīng)包覆層之間存在折射率為n ,的反
射層，且所述的玻璃光纖為單模光纖。例如，可以將對溫度、或者濕度相應(yīng)
敏感的感應(yīng)包覆層12直接包覆在折射率為n , ( n n 。)的反射層16的 外表面，要求其感應(yīng)包覆層12的折射率n。滿足關(guān)系式(n?！磖^、或者n c 》n》即可。這是因?yàn)?，將半?dǎo)體發(fā)光二極管(簡稱LED) 42發(fā)射的光線， 從光纖的端面入射時(shí)，光線被同時(shí)入射到光纖的反射層16以及纖芯11。而 在單模玻璃光纖的情況下，因纖芯11的直徑很細(xì)，相對于反射層16可以忽 視，即反射層16也可以視為纖芯11。因此，所述的感應(yīng)包覆層12就等同 于包覆在所述纖芯ll外面。
僅就這一點(diǎn)來說，本發(fā)明提出的溫度、濕度傳感器與以往的技術(shù)相比是 一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對比FBG溫度傳感器的制造技術(shù)及使用方法，本發(fā) 明的傳感器，不僅結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、成本低廉，而且也不需要價(jià)格昂貴 的波長檢波器(例如在測定溫度時(shí))。
與以往的技術(shù)要求感應(yīng)包覆層的折射率要高于纖芯完全不同，本發(fā)明的 光纖溫度/濕度傳感器的特征是，包覆層12的折射率可以低于其所包覆的纖 芯11，也沒有必要要求盡量減小包覆層12和纖芯11的折射率差。換言 之，本發(fā)明的感應(yīng)包覆層12的折射率在感應(yīng)到溫度，或者濕度的變化后能 夠有所變化就可以滿足要求，而沒有必要象以往的技術(shù)那樣要求折射率只能 降低，而且必須降低到足夠使傳感器由感應(yīng)前的光泄漏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)后的 波導(dǎo)狀態(tài)的程度才能工作。
本發(fā)明提出的新的光纖濕度傳感器技術(shù)方案，有效地克服了原有的濕度 傳感器的缺點(diǎn)。特別是在結(jié)構(gòu)上可將所述感應(yīng)包覆層12直接形成在反射層 16的外面，或者可以使感應(yīng)包覆層12的折射率n"氏于纖芯11的折射率 ni)，在通常狀態(tài)處于波導(dǎo)狀態(tài)。這樣傳感器的輸出常時(shí)處于高水平。但是隨 著濕度的增加，水分進(jìn)入包覆層的間隙，由于不會(huì)引起其體積的變化，包覆 層的密度由此提高而導(dǎo)致包覆層的折射率增大，這樣輸出光強(qiáng)度就減少。因 此從輸出光強(qiáng)度的變化可以對濕度進(jìn)行定量檢測。
當(dāng)然，使用側(cè)鏈較小的，內(nèi)部自由體積極其微細(xì)化的高聚物材料，同時(shí) 在其熔融溫度以上的高溫處理而形成的感應(yīng)包覆層12的結(jié)構(gòu)就十分均勻而 緊密。隨著濕度的上升，水分被吸收后并且均勻的分布在感應(yīng)包覆層12 內(nèi)，這時(shí)感應(yīng)包覆層12的綜合折射率可以視為感應(yīng)包覆層的折射率與水的
折射率的疊加，所以整體的折射率將進(jìn)一步降低，因此輸出光的強(qiáng)度將增 加。這樣的感應(yīng)包覆層12，可以通過材料的選擇以及下述的熱處理?xiàng)l件的
控制來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明傳感器制造方法技術(shù)特征體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；首先，為了有效 地解決因低溫成膜而造成的感應(yīng)包覆層12的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能不穩(wěn)定等問 題，感應(yīng)包覆層12與纖芯11間的剝離問題，以及使用混合材料時(shí)因相分離 而引起的感應(yīng)包覆層12的不均勻問題，本發(fā)明采取的手段是對感應(yīng)包覆層 12進(jìn)行高溫處理。具體做法是，使用玻璃光纖纖芯時(shí)，將感應(yīng)包覆層材料 在溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到2 (TC至6 (TC之間，然后將該溶 液均勻的涂敷在玻璃纖芯11的外表面，在2 (TC至4 (TC的條件下晾干 后，再在感應(yīng)包覆層材料的熔融溫度T m附近的溫度T的條件下實(shí)施熱處理 即得，所述的溫度T滿足(Tm—5 (TC)《T《(Tm+5 0°C)。熱處理 可以促使感應(yīng)包覆層12中不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，并在 玻璃纖芯上11形成結(jié)構(gòu)均勻的感應(yīng)包覆層12。
當(dāng)使用塑料光纖纖芯11時(shí)，按上述方法將感應(yīng)包覆層材料均勻的涂敷 在塑料纖芯的外表面，在2 (TC至4 (TC的條件下晾干后，再在塑料光纖纖 芯11的玻璃化溫度Tg附近的溫度T， T滿足(Tg—5 (TC)《T《(Tg + 5 0°C)的條件下，實(shí)施熱處理，促使感應(yīng)包覆層中不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn) 化為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，并在塑料纖芯11上形成均勻的感應(yīng)包覆層12。
本發(fā)明所述制造方法中，將感應(yīng)包覆層材料在溶劑中加熱到完全溶解狀 態(tài)后，冷卻到2 (TC至6 (TC之后，再均勻的涂敷在纖芯外表面的工藝是十 分重要的，只有冷卻到這個(gè)溫度范圍內(nèi)，才能保證感應(yīng)包覆層材料溶液的粘 度，從而容易控制最后形成的包覆層12的厚度(膜厚)。尤其是將幾種材 料混合時(shí)，只有這個(gè)溫度才能保證溶液的相分離現(xiàn)象不至于嚴(yán)重到無法將溶 液涂敷到纖芯外表面的程度。
在將溶液涂敷在纖芯之后，維持溫度在2 (TC至4 (TC的條件下晾干， 則是為了保證溶劑既不能揮發(fā)的太快，也不能揮發(fā)的太慢，以保證感應(yīng)包覆 層12不會(huì)起皺，也不至于影響到后續(xù)的熱處理效果。
本發(fā)明傳感器所述的纖芯11可以是普通的玻璃光纖或者塑料光纖。選 擇取決于使用條件或技術(shù)要求。例如在常溫條件下、相對濕度低于5 0%的
條件下使用的溫度傳感器，就可以使用塑料光纖。當(dāng)然，使用玻璃光纖的傳
感器適應(yīng)性更好，但價(jià)格要高些。例如要求在高溫(如8 (TC以上)的條件 下，或者是零度以下的條件下使用傳感器時(shí)，因?yàn)橐M量排除纖芯對傳感器 性能的影響，所以選用玻璃光纖比較妥當(dāng)。在其他室溫條件下，二者則均可 以使用。
在使用玻璃光纖時(shí)，可以是單模光纖，也可以是多模光纖。纖芯可以是 石英玻璃、或者是攙雜玻璃。玻璃光纖的反射層可以是由玻璃材料形成的， 也可以是由高聚物材料形成的。因此，對光纖沒有必要作任何限定。但在需 要長距離傳輸信號時(shí)，考慮到構(gòu)成傳感器的光纖要與用來傳輸信號用的光纖 之間的連接損失要盡可能小，所以必須使用玻璃制的多?；蛘邌文９饫w。如 果傳輸距離超過一公里以上時(shí)最好使用單模光纖。這種情況下，構(gòu)成傳感器 的光纖可以是多模的，而傳輸用的光纖可以是單模的?？傊?，本發(fā)明傳感器 可以根據(jù)傳感器的使用目的、用途和要求，來選擇所需要的纖芯材料。
另外，作為濕度傳感器，不管使用溫度條件如何，最好是選用玻璃光 纖。如果采用塑料光纖的話，因?yàn)槔w芯材料會(huì)吸收水分而引起其折射率的變 化，這勢必造成濕度傳感器的性能上的不穩(wěn)定。有時(shí)會(huì)造成傳感器在感應(yīng)濕 度時(shí)其輸出光強(qiáng)度變化的不確定性。就是說，例如同樣處于上升趨勢的濕度 變化，而傳感器的輸出光強(qiáng)度有時(shí)可能是上升的，有時(shí)可能是下降的。這是 因?yàn)?，纖芯與感應(yīng)包覆層的折射率都處于變化狀態(tài)，二者的相對大小將支配 著傳感器輸出光強(qiáng)度是增加還是減小。
還有，在使用塑料光纖時(shí)，最好選用玻璃化溫度Tg高的高聚物。Tg高 于使用溫度，不但是防止纖芯熱變形的要求，而且是保證傳感器的可靠性的 要求。同時(shí)，對于維持傳感器的長期穩(wěn)定性也是重要的。 一般情況下，纖芯 材料的Tg最好要高于使用溫度2 (TC以上。塑料光纖一般適合于生體用和 室內(nèi)空調(diào)等常溫環(huán)境下的溫濕度傳感器。
能滿足上述條件的塑料光纖材料，通?？梢允歉呔畚铩＿@些高聚物的單 量體可以列舉如下苯乙烯、氯代苯乙烯、乙烯醇縮醛、a—甲基苯乙烯、 p —氯代苯乙烯、丙烯腈、苯基乙烯醇縮醛、安息香酸乙稀酯、萘乙烯酯、 偏二氯乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸苯酯、丙 烯酸苯偶酰酯、丙烯酸碳酰酯、丙烯酸羥烷酯、丙烯酸全氟代烷酯、雙丙基
三醇四丙烯酸酯等丙烯酸酯的高聚物或者齊聚物，甲基丙烯酸萘酯、甲基丙 烯酸羥烷酯、甲基丙烯酸碳酰酯、甲基丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸雙環(huán)己基 酯、甲基丙烯酸乙基酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸丁基酯、甲基丙烯
酸腈酯、甲基丙烯酸甲基酯、2， 2， 2—三氟化乙基丙烯酸甲基酯、4一甲
基環(huán)己基乙基丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸糠醛基酯、l一苯代乙基丙烯酸甲 基酯、l一苯代環(huán)己基丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸連苯?；サ燃谆┧?酯的高聚物及齊聚物，以及它們的衍生物，或者聚酯類樹酯、環(huán)氧樹酯等，及 其他適合于成型加工的聚合物均可以使用。
影響光纖溫度、濕度傳感器性能的另一個(gè)因素是光纖纖芯11的粗細(xì)。 這是因?yàn)?參見圖1)，將光源以相同的入射角度入射進(jìn)同一長度的光纖 時(shí)，光纖的芯經(jīng)越細(xì)則光在傳播經(jīng)過同一長度時(shí)的反射次數(shù)就越多，根據(jù)累 積效果，輸出光強(qiáng)度水平的變化量就會(huì)越大。因此，用于傳感器的光纖的直 徑越細(xì)，則靈敏度越高。但是如果光纖直徑太細(xì)，為了保證足夠的入射光強(qiáng) 度，就需要發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的光源，或者使用特殊的聚光鏡將入射光聚焦后入
射，這樣綜合成本將會(huì)增加。根據(jù)實(shí)際用途來考慮，光纖纖芯的直徑在5u m 3mm之間，可以獲得滿足的響應(yīng)特性。在需要使用玻璃光纖進(jìn)行長距 離信號輸送時(shí)，纖芯直徑最好是在5 12um之間。但是，在傳輸距離較長 的情況下，出于傳感器與傳輸光纖的連接方式的考慮， 一般需要使用玻璃光 纖，其直徑控制在0.2mm以下最為有利。再者，眾所周知，由于塑料光纖 的直徑最細(xì)也要在250um以上，因此，從這一角度來講，使用玻璃光纖制 作傳感器為最佳選擇。
制約光纖溫度、濕度傳感器性能的，除了纖芯材料之外，另一個(gè)關(guān)鍵因 素是感應(yīng)包覆層l 2的材料性能和制膜條件。這是因?yàn)閭鞲衅鞯姆磻?yīng)速 度、選擇性、靈敏度等全部是由感應(yīng)包覆層材料的物理化學(xué)性能及感應(yīng)包覆 層的結(jié)構(gòu)所決定的。
因此，本發(fā)明制造方法為了達(dá)到目標(biāo)，除了按照以下幾個(gè)方面要求去選 擇感應(yīng)包覆層材料外，重點(diǎn)同時(shí)放在了如何確立一種能夠形成化學(xué)性能穩(wěn)定 的、結(jié)構(gòu)均勻的、不易從纖芯剝離的感應(yīng)包覆層的成膜技術(shù)上。
根據(jù)本發(fā)明傳感器的原理，纖芯ll(或者在感應(yīng)包覆層與纖芯之間存在 反射層的情況下，為反射層)和感應(yīng)包覆層12的折射率，哪一個(gè)高不是主要
因素，折射率差的絕對值的大小才是決定因素。就是說，相對于纖芯材料的
折射率n。，感應(yīng)包覆層12的折射率n?？梢愿?，也可以低。甚至也可以相 等。相對于折射率為n。的纖芯11，感應(yīng)包覆12的折射率n。滿足關(guān)系式(n 。<n()、或者n。^n。)即可。在折射率為n , (ni<nQ)的反射層的外表 面形成感應(yīng)包覆層時(shí)，感應(yīng)包覆層的折射率n。滿足關(guān)系式(n?！磏,、或者 nc》n,)即可。
二者的折射率差的絕對值越大，所能夠檢測的溫濕度范圍就越大。同時(shí) 當(dāng)溫度、濕度變化某一單位量時(shí)所引起的光強(qiáng)度的變化量也就越大。因此檢 測精度就更高，更可靠。但是，如果二者的折射率的差異過大，相應(yīng)地響應(yīng) 時(shí)間就過長。因此，本發(fā)明的光纖傳感器，可以視所需要檢測的物理量(溫 度，濕度)范圍的大小，及所需要的響應(yīng)速度，來設(shè)計(jì)光纖纖芯11與感應(yīng)包 覆層12間的折射率差。 一般地來說，將兩者間的差異的絕對值控制在0 0.5之間，可以滿足民用及工業(yè)在線使用要求。以使用玻璃光纖為例，大多 數(shù)高聚物的折射率可以滿足這一要求，而沒有必要作任何調(diào)整。如果使用塑 料光纖，則更沒有必要了。因此，材料的折射率大小并不作為選擇感應(yīng)包覆 層材料的首要考慮因素。這也是與公開的技術(shù)相比本發(fā)明的一個(gè)特征。
特別是作為濕度傳感器的包覆層材料，如果象公開技術(shù)那樣，將感濕材 料的折射率調(diào)整到1.46附近的話，以公開技術(shù)所使用的材料為例，必須要 混合入5 0 %以上的低折射率材料(如含氟高聚物)，這樣得到的混合材料的 感濕性能必然要低于原來單一的感濕材料。因此，該濕度傳感器的感濕范 圍、精度都會(huì)降低。
如果本發(fā)明傳感器用于手持式等計(jì)量裝置，因?yàn)樾枰^高的響應(yīng)速度， 因此二者間的折射率差的絕對值在0 0. 05之間比較理想。
本發(fā)明在明確了如何設(shè)計(jì)感應(yīng)包覆層12與纖芯11之間的折射率之差這 個(gè)問題之后，在選擇配制感應(yīng)包覆層12的材料時(shí)，注重考慮材料的以下幾 個(gè)性能
1.材料的感應(yīng)單一性，抗劣化性能
本發(fā)明的技術(shù)特征之一是，注重感應(yīng)包覆層材料12的感應(yīng)單一性、抗 劣化性能如何。所謂感應(yīng)單一性，例如作為溫度傳感器的感應(yīng)包覆層最好對 濕度及其他化學(xué)物質(zhì)等不敏感。而作為濕度傳感器的感應(yīng)包覆層對溫度及其
他化學(xué)物質(zhì)等不敏感。當(dāng)一種材料不同時(shí)具備這些性能時(shí)，可以根據(jù)需要而 采用兩種以上的材料混合使用。
作為溫度傳感器，首先要求其感應(yīng)包覆層12的材料為Tm最好要比測 定上限溫度高2 (TC以上的高聚物。如果設(shè)計(jì)好測定的溫度范圍，則要根據(jù) 上述原則選擇高聚物材料。當(dāng)然，如果使用的高聚物的Tm低于測定上限溫 度時(shí)，可以與其他的Tm高的高聚物混合后使用。
硅類的高聚物、齊聚物及含硅單量體與其他單體的共聚物(以下均稱為 硅類高聚物)是一種T m較高的高聚物材料。這些硅類高聚物的特征是以其 主鏈或者側(cè)鏈的一部分或者全部是由Si—Si鍵、Si—C鍵、Si — N鍵、S i一0鍵、O—Si—0鍵所構(gòu)成的。含硅類高聚物的Si、 N、 0、 C原子同時(shí) 可以在高聚物的主鏈以及側(cè)鏈上出現(xiàn)。還可以在Si以及C和O、 N原子的 周圍有取代基。例如，可以有以下的取代基。烴、酯肪族烴、酯環(huán)族烴、芳 香族烴等。具體有苯基、萘基、蒽基、菲基、聯(lián)苯基、烷基。這些烴基可以 與含有鹵族原子、醚鍵、硫醚鍵或者酯基的特性基團(tuán)、羥基、硫醇基、羧基 等置換。更具體的有下面這些硅類高聚物適于本發(fā)明傳感器選用聚甲基 苯基硅烷、聚連甲基硅烷、聚環(huán)己基硅垸、聚二丁基硅烷、聚甲基丙基硅 垸、聚甲基丁基硅垸、聚甲基連苯酰硅烷、聚甲基己基硅垸、聚甲基-4-氯 代苯基硅烷、聚甲基-4-氯代丁基硅烷、聚甲基-3-氟代丙基硅烷、聚雙連苯 酰硅垸、聚二己基硅垸、聚萘基硅垸、聚氯代萘基硅垸、聚萘基酮硅,等。
在使用玻璃纖芯的時(shí)候，含硅類高聚物的Si原子與玻璃纖芯中'的Si 原子之間可以通過氧原子構(gòu)成穩(wěn)定的O — Si—O鍵，這樣可以使所述的感 應(yīng)包覆層12被牢牢地固定在纖芯11的表面。另外含硅類高聚物一般還具有 較好的疏水性。因此從耐高溫及疏水性來考慮，硅類高聚物無疑是一種可以 用于溫度傳感器感應(yīng)包覆層12的理想材料。
當(dāng)然，這些硅類高聚物，不但可以單獨(dú)地，或者將兩種以上的硅類高聚 物混合后用做傳感器的感應(yīng)包覆層，而且還可以與其他高聚物混合使用。此 外，還可以是兩種以上的含硅單量體共聚成的共聚體。
另一方面，由于氟類高聚物具有出色的耐候性及耐藥品性等抗劣化性 能，同時(shí)其體積變化對溫度比較敏感，因此也是可以用于溫度傳感器的感應(yīng) 包覆層的理想材料。又因?yàn)楹惛呔畚锞哂辛己玫氖杷裕c其他高聚物
混合使用于感應(yīng)包覆層，可以減少濕度對溫度傳感器的影響。同時(shí)F原子還
容易與Si原子形成穩(wěn)定的F — Si鍵。再者因?yàn)榉呔畚锏恼凵渎室话阍?1.42左右，只要以極小量的氟高聚物與其他高聚物混合就可以在不損及其 他一種高聚物材料的主要性能的同時(shí)將混合物的折射率調(diào)節(jié)下來。因此氟類 高聚物是一種與其他高聚物相混合的理想材料。例如，下面這些氟類高聚物
都可以單獨(dú)用作溫度傳感器的感應(yīng)包覆層材料氟化聚乙烯叉類、聚氟乙稀
類、聚偏氟乙稀類、聚氟丙乙稀類、聚氟丁乙稀類、聚氟化環(huán)己烷類、聚氟 化丙烯酸酯類、聚氟化丙烯酸丙酯類、聚氟化丙烯酸丁酯類、聚氟化丙烯酸 戊酯類、聚氟化丙烯酸己酯類、聚氟化甲基丙烯酸酯類、聚氟化甲基丙烯酸 戊酯類、聚氟化甲基丙烯酸己酯類等全氟化或部分氟化高聚物等。
實(shí)驗(yàn)表明，選用硅類高聚物(y)與氟類高聚物(x)按任意比例混合起 來的混合物是理想的感應(yīng)包覆層(其中x + y = l. 0)。例如，將氟類高聚 物的聚偏氟乙烯(x)與硅類高聚物的聚甲基苯基硅垸(y)以x: y的比例混 合時(shí)，x可在0.01 0.99之間任意選擇，y可在0.99 0.01之間任意選 擇，但最為理想的選擇是x在0.01 0.2之間、y在0.99 0.8之間。
可以與氟類高聚物相混合用于溫度傳感器的感應(yīng)包覆層的還包括以下這 些耐熱性較好的高聚物材料聚醋酸乙烯酯類、聚乙烯乙基醚類、聚乙烯 丁基醚類、聚乙烯戊基醚類、聚環(huán)氧類高聚物、聚鹵乙烯類高聚物、聚乙烯 醇、聚醛樹酯、聚乙烯酮、聚乙烯腈、聚乙烯醚、諸如主鏈一C一O—C、 一C 一S — C、 一C一S—N、 一C一N—C等主鏈型環(huán)雜原子類高聚物，或者低分子 化合物等。
例如將前述氟類高聚物(x )和已經(jīng)被選擇的另一種高聚物(y )按x : y (其中x + y二l)混合時(shí)，x可以在0.01 0.55之間、y可以在0.99 0.45之間的任意比例進(jìn)行。最為理想的比例是x在0.01 0.2之間、y在 0. 99 0. 8之間。
將兩種以上的高聚物相混合時(shí)，或者將低分子化合物等與高聚物混合 時(shí)，可以先將它們分別溶解(溶劑可以相同或者不同，溶劑選擇為現(xiàn)有技術(shù)) 后再混合，如果可以溶解于同一溶媒時(shí)，也可以混合后再溶解。其混合比例 則按照設(shè)計(jì)的折射率來確定。
具有單一感應(yīng)性的，可以用于濕度傳感器的感應(yīng)包覆層的材料有羥甲 基纖維素、羥乙基纖維素、羥甲基纖維素鈉、羥丙基纖維素、羥丁基纖維 素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基乙基纖維素、醋酸纖維素、硝酸纖維 素等高聚物。它們可以單獨(dú)用來形成感應(yīng)包覆層。特別是采用玻璃纖芯時(shí)，
在纖維素的熔融溫度T m附近的溫度進(jìn)行處理可以得到化學(xué)性能穩(wěn)定的、結(jié)
構(gòu)均勻的感應(yīng)包覆層。
有時(shí)為了增強(qiáng)感應(yīng)包覆層與纖芯間的結(jié)合，或者需要調(diào)節(jié)折射率時(shí)，可
以混合入1 20%左右的硅類高聚物，或者1 20%左右的氟類高聚物。 作為濕度傳感器的感應(yīng)包覆層的材料，還可以采用象聚酐類、主鏈一O
一雜原子類高聚物、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚環(huán)氧樹酯、聚苯酚樹酯、聚
丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羥基丙烯酸、聚乙烯吡咯垸酮等高聚物。
此外，還可以采用象酚類、胺類高分子那樣的，在主鏈或者側(cè)鏈上有O
H基、N H基等親水性官能團(tuán)的高分子來作為濕度傳感器的感應(yīng)包覆層材料。
當(dāng)然，上述這些材料可以單獨(dú)用來制作濕度傳感器的感應(yīng)包覆層，也可 以與1 20%左右的硅類高聚物、1 20%氟類高聚物混合使用。 2材料的分子形態(tài)
本發(fā)明所述感應(yīng)包覆層12的結(jié)構(gòu)決定傳感器的性能及耐久性等。而感 應(yīng)包覆層的結(jié)構(gòu)則直接取決于高聚物的分子形態(tài)及感應(yīng)包覆層的成膜條件。 高聚物分子形態(tài)包含分子量、分子取向度、自由體積等要素。 一般情況下， 高聚物的分子量越小，分子的規(guī)則性和取向性就越差，分子之間的相互作用 就減弱，因此其力學(xué)性能要弱，耐久性要差些。反之，分子量越大其力學(xué)性 能就越好。但是，并非分子量越高越好，如果分子量太高，雖然力學(xué)性能 好，但因?yàn)槿芙庑圆睿承蕴撸?一般很難獲得均勻的感應(yīng)包覆層。如果感 應(yīng)包覆層不均勻，不單要影響傳感器的性能，因傳感器的個(gè)體差異大，變相 提高成本，也不利于產(chǎn)業(yè)化。
因此，在選擇感應(yīng)包覆層材料時(shí)，高聚物分子量的選擇就成為至關(guān)重要 的一個(gè)環(huán)節(jié)。盡管根據(jù)材料種類不同，不能一概而論分子量的大小，例如， 所述的感應(yīng)包覆層的高聚物可選擇分子量在20000 500000之間的含硅高聚 物；分子量在200000 1500000之間的聚丙烯酸酯高聚物；分子量在
300000 2000000之間的橡膠類高聚物；分子量在50000 300000之間的氟 類高聚物，效果都較為理想。
但是，由于在選擇感應(yīng)包覆層材料時(shí)，需要優(yōu)先考慮的是材料對溫度、 或者濕度的單一感應(yīng)性能，而不是所選擇的高聚物的分子形態(tài)如何，因此有 時(shí)所選擇物質(zhì)的分子量不是過高就是偏低。為了解決這些問題，在選用低分 子量的高聚物時(shí)，除了直接與高分子量的高聚物混合后使用外，還通過對低 分子聚合物實(shí)施交聯(lián)處理，使高聚物交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)達(dá)到提高分子 量、改造分子形態(tài)及促進(jìn)不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定化學(xué)結(jié)合的目的。
例如， 一般的硅類高聚物雖然耐熱性能好、疏水性好，但是分子量較 低，故其力學(xué)性能往往不能滿足實(shí)用要求。本發(fā)明為了改善硅類高聚物的這 缺陷，首先通過在硅類高聚物中加入交聯(lián)劑使硅類高聚物互相交聯(lián)而構(gòu)成網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如將具有乙烯基那樣的光聚合型單量體在硅類高聚物的聚合階段 加入后再聚合。也可以在將硅類高聚物溶解后再加入溶液中去。常被使用的 這類光聚合型單量體有苯乙烯、對二乙烯苯、乙二醇連丙烯酸酯等。這些光 聚合型單量體一經(jīng)光照射或者加熱其雙鍵將被切斷，與此同時(shí)硅類高聚物的 o鍵也因光照射而被切斷，因此二者重新結(jié)合而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能等 因而得到改善。這種方法的缺點(diǎn)是得到的網(wǎng)絡(luò)化硅類高聚物一般難于溶解， 只限于使用熔融法在玻璃纖芯上形成感應(yīng)包覆層。
常用的方法是，對硅類高聚物通過加熱處理促進(jìn)其在分子間互相交聯(lián)而 形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如將硅類高聚物溶解后并涂敷在玻璃纖芯表面后，施以1 8 O度以上的高溫處理，使Si原子周圍的取代基發(fā)生分解，取而代之的是 空氣中的氧并與Si形成O — Si—O鍵。這個(gè)O — Si—O鍵一般較多是在
分子間或者在主鏈斷開處形成的，所以整個(gè)高聚物形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硅類 高聚物中原本不穩(wěn)定S i — S i鍵轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的0 — S i — O鍵。
當(dāng)然，因?yàn)镕原子易與Si原子形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，也可以將分子量高 的含氟高聚物與硅類高聚物混合使用以改善因硅類高聚物的分子量太低所帶 來的缺陷。
從提高感應(yīng)包覆層的溫度變化系數(shù)考慮，往往要提高材料的自由體積。 因此理想的感應(yīng)包覆層材料最好是非結(jié)晶性的無定型性的高聚物。因?yàn)樵诮Y(jié) 晶性高聚物的情況下，分子鏈的排列順序好，自由體積小，分子鏈之間的相
互作用強(qiáng)，由于分子難于運(yùn)動(dòng)，而且材料發(fā)脆，感應(yīng)包覆層的力學(xué)性能就差。
例如，聚異丁基丙烯酸酯、聚甲基苯基硅氧烷、聚酰亞胺類、聚環(huán)氧樹 酯類等高聚物為非結(jié)晶性的、分子之間的間隙大的高聚物。用平均鏈長和密 度比較每個(gè)鏈長的平均占有容積，可以發(fā)現(xiàn)高聚物鏈長方向的截面積與烴類 橡膠相比，約為1.7倍。為此，隨著溫度的變化，體積的變化增大，折射率 的變化增大。即作為溫度傳感器可以獲得高靈敏度。
為了得到非結(jié)晶性高聚物，首先可以在上述列舉的硅類、氟類、醚類、 環(huán)氧類、橡膠類等高聚物的主鏈上引入大的側(cè)鏈基，增加非對稱性以期得到 較大的自由體積。作為可以引入的側(cè)鏈基，主要有乙基、丁基等及其他碳原 子數(shù)較大的直鏈形的、環(huán)狀的烷基，烯基或者炔基。 一般情況下，側(cè)鏈的碳 原子個(gè)數(shù)越多，而且支鏈越多，則高聚物主鏈之間的距離越大，主鏈之間的 相互作用就弱，自由體積大，因此，對溫度的感應(yīng)系數(shù)就越大。
作為獲得非結(jié)晶性高聚物的第二個(gè)手段是通過控制聚合條件來調(diào)節(jié)高聚 物整體結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性。與高聚物內(nèi)的分子取向性有關(guān)的，不僅是聚合引發(fā) 劑，聚合溫度、壓力、時(shí)間以及單量體的濃度等都是重要的要素，需要根據(jù) 目的進(jìn)行選擇。但是，并不是自由容積越大越好，必須要根據(jù)所要檢測的溫 度、濕度的范圍大小，以及檢測精度要求來控制自由容積的程度。
3.感應(yīng)包覆層的成膜控制
在感應(yīng)包覆層成膜方面，本發(fā)明通過以下兩個(gè)方面的努力；(1)感應(yīng) 包覆層的高溫處理；(2)進(jìn)行交聯(lián)，防老化處理；解決了感應(yīng)包覆層的化 學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化，以及控制感應(yīng)包覆層的厚度及均勻性等問題。 (1)感應(yīng)包覆層的高溫處理
一般來說，兩種以上的高聚物混合時(shí)，或者將低分子物質(zhì)與高聚物相混 合時(shí)，其相溶性往往不會(huì)太好。因此當(dāng)兩種以上的高聚物為相分離狀態(tài)時(shí)， 或者本來分子量較高的、或者分子量太低的高聚物，用來制作感應(yīng)包覆層 時(shí)，很難得到均勻的感應(yīng)包覆層。再者，有時(shí)因?yàn)槿苊降姆悬c(diǎn)較低，在涂敷 時(shí)溶媒蒸發(fā)太快，也不易于形成均勻的包覆層。
另外，本發(fā)明對感應(yīng)包覆層12的薄厚的控制也有要求。如果感應(yīng)包覆 層12太厚，其結(jié)構(gòu)往往是不均勻的，并且容易于從纖芯上脫落下來。這樣
不僅會(huì)使傳感器響應(yīng)時(shí)間延長，而且也會(huì)使傳感器精度降低；又因?yàn)閭鞲衅?br> 個(gè)體間差異大，不僅加大了傳感器應(yīng)用的難度，也間接提高了傳感器成本。
反之，如果感應(yīng)包覆層12越薄，則響應(yīng)速度越快。缺點(diǎn)是因變化的單 位物理量而引起的輸出變化量要小，感應(yīng)范圍也相應(yīng)地變小。本發(fā)明通過大 量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)目的不同，將感應(yīng)包覆層12的厚度(膜厚)控制在 0. l 3 0 ii m之間，可以獲得滿意的傳感應(yīng)特性，而膜厚在1 5 y m之 間為最佳。
再者，如果感應(yīng)包覆層材料的化學(xué)結(jié)合、官能團(tuán)處于易于受光、熱、 酸、堿、化學(xué)氣體、化學(xué)固態(tài)物質(zhì)等的影響而易于產(chǎn)生化學(xué)的、物理的反應(yīng) 狀態(tài)的話，那么傳感器的耐久性就會(huì)成為問題。因此必須施以必要的防范措 施，將感應(yīng)包覆層材料的這些不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合去除掉，或者使這些化學(xué)結(jié) 合及官能團(tuán)處于穩(wěn)定狀態(tài)。作為有效的防范措施， 一是對感應(yīng)包覆層實(shí)施高 溫老化處理；二是對高聚物實(shí)施交聯(lián)處理，使處于不穩(wěn)定狀態(tài)的化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn) 變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)結(jié)合。
因此，為了保證能在纖芯的表面上，形成一層不易從纖芯剝離下來的、 結(jié)構(gòu)均勻的、薄厚得當(dāng)?shù)?、化學(xué)性能穩(wěn)定的感應(yīng)包覆層薄膜，本發(fā)明采取的 對策之一就是對感應(yīng)包覆層實(shí)施高溫處理。通過高溫處理，原本處于不穩(wěn)定 狀態(tài)的化學(xué)結(jié)合將轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)結(jié)合。例如對聚甲基苯基硅烷的熱處 理，將本來對光、對熱都不穩(wěn)定的Si—Si主鏈鍵、及S i —C側(cè)鏈鍵打 斷、重新與氧原子結(jié)合成穩(wěn)定的O — S i—O鍵。熱處理還可以使膜的結(jié)構(gòu) 更為致密、更為均勻。
處理溫度需要根據(jù)光纖纖芯的耐熱性以及感應(yīng)包覆層材料的Tg溫度或
者熔融溫度Tm來決定。例如，采用玻璃纖芯時(shí)， 一般可以在感應(yīng)包覆層材 料的熔融溫度Tm以上。但是，在塑料纖芯的情況下，最好不要超過纖芯的 Tg溫度。例如，采用玻璃纖芯時(shí)，使用聚甲基苯基硅烷作為感應(yīng)包覆層主 要材料，作為改善性能而輔助性的混合少量的氟類高聚物時(shí)，在對感應(yīng)包覆 層實(shí)施高溫處理時(shí)，因?yàn)榫酃枸姆纸鉁囟仍趌 8 (TC以上，為了促進(jìn)O — S i—O鍵的形成，熱處理溫度一般需要設(shè)定在該溫度以上。如果是分解溫 度高的高聚物材料，熱處理溫度可以設(shè)定在促成化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)化所需溫度附 近。 一般采用混合的高聚物時(shí)，可以加熱至其熔融溫度Tm附近的溫度T，
T一般在(Tm— 5 0 °C)《T《(Tm+ 5 0 °C)這一范圍內(nèi)就可以。當(dāng)然 最為理想的是將熱處理溫度T控制在(Tm—2 0°C)《T《(Tm+2 0 °C)這一范圍內(nèi)。
采用塑料光纖時(shí)，除了考慮感應(yīng)包覆層的材料的熱學(xué)特性外，纖芯的熱 學(xué)特性也必須考慮。要求熱處理溫度，不會(huì)對纖芯造成損傷。 一般情況下， 處理溫度最好不要超過纖芯的玻璃化溫度Tg，可以將熱處理溫度控制在 (TK— 5 0°C)《T《(Tg+ 5 0 °C)這一范圍內(nèi)。更為理想的熱處理溫 度T應(yīng)該在(Tg—2 0°C)《T《(Tg+2 0°C)范圍內(nèi)。
此外，使用容易發(fā)生劣化的高聚物材料時(shí)，可以將熱處理溫度設(shè)為其分 解溫度Tm以下，輔助使用光照射等其他手段做到既能保證材料不發(fā)生劣 化，又能促成化學(xué)性能的穩(wěn)定化。采用紫外線照射，同樣可以將對光、對熱 都不穩(wěn)定的Si—Si主鏈鍵、及S i —C側(cè)鏈鍵打斷、重新與氧原子結(jié)合成 穩(wěn)定的O — S i —O鍵。
通過對感應(yīng)包覆層實(shí)施熱處理，不僅能夠解決原有技術(shù)因采用相分離的 多成分材料、以及成膜性不好的單一材料、特別是高分子量(或者分子量太 低)的高聚物時(shí)而存在的感應(yīng)包覆層的結(jié)構(gòu)不均勻問題、而且還能解決感應(yīng) 包覆層與纖芯相剝離的問題。高溫處理還促使感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能及其結(jié) 構(gòu)均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此在長期使用過程中不會(huì)受環(huán)境因素的影響而發(fā)生化 學(xué)的以及物理的變化。換言之，本發(fā)明通過對感應(yīng)包覆層的熱處理極有效的 改善了傳感器的耐候性，成數(shù)倍的延長了傳感器的使用壽命。
(2)進(jìn)行交聯(lián)，防老化處理
促成感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化的另一個(gè)手段是可以對高聚 物進(jìn)行交聯(lián)處理。這一手段特別適合于高溫處理容易發(fā)生劣化的高聚物材 料。例如對含有雙鍵，三鍵結(jié)合的高聚物可以通過攙入氧化物，過氧化物， 環(huán)氧樹酯作為交聯(lián)劑再經(jīng)加熱，光照射等手段完成交聯(lián)處理。
當(dāng)用于感應(yīng)包覆層12的材料是聚甲稀、聚乙烯、聚乙基乙烯、聚丙 烯、聚正丁烯、聚丁烯、聚異丁烯、聚丙基乙二烯、聚環(huán)戊基乙烯、聚環(huán)戊 烷、聚(4一甲基一1一戊烷)、分子量80萬以上的聚順式異戊二烯、分子量 20萬以上的聚反式異戊二煉、聚(l， 2 — 丁二烯)、聚(l， 3 — 丁二烯)等橡 膠類高聚物時(shí)，加入少量(例如相對于橡膠的重量比在l %左右)的交聯(lián)催化
劑，可以大大縮短交聯(lián)的反應(yīng)時(shí)間。這對于使用某些因長時(shí)間高溫處理有可 能對高聚物造成破壞時(shí)是一種有效的避免方法。
下面這些催化劑通常都可以使用硫化劑、過氧化二異丙苯、雙(特丁
基過氧化異丙)苯、酯肪族多硫化物、二苯甲酰對醌二虧、苯酚甲醛樹酯、 溴甲基對叔辛基苯酚甲醛樹酯、溴甲基烷基苯酚甲醛樹酯、叔丁基苯酚甲醛
樹酯、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己垸、不溶性硫磺、氯化硫 磺、對醌二虧、苯酚甲醛樹酯、叔辛基苯酚甲醛樹酯、烷基苯酚甲醛樹酯、 N， N，間亞苯基馬來酰亞胺、二叔丁基過氧化物、已二胺氨基甲酸鹽、乙二 胺氨基甲酸鹽、N， N' -二亞肉桂基-1， 6-已二胺、酯環(huán)胺鹽、次甲基雙鄰 氯苯胺、甲苯二異氰酸酯二聚體、3， 3' -二甲基二苯甲垸-4， 4' -二異氰 酸酯、2， 4-甲苯二異氰酸酯、聯(lián)甲氧基苯胺二異氰酸酯、脲烷交聯(lián)劑、聚 亞甲基聚苯基異氰酸酯等。
當(dāng)然，除了交聯(lián)處理之外，為了促進(jìn)感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能的穩(wěn)定化， 可以在涂敷工藝之前，在感應(yīng)包覆層溶液中加入一些常用量的防老化劑，然 后再進(jìn)行涂敷工藝。例如下面這些防老化劑?？梢允褂?.6.二.第二丁基 對甲酚、甲基氫基苯并咪唑、2.2.亞甲基.雙(4-甲基.6.第三丁基.間.甲 酚)、(2H-苯并三唑-2-基)、甲基_2-氫硫基苯并咪唑、N-苯基-a-萘胺、辛 基化二苯胺、N， N， -二苯基乙二胺、對，對，二氨基二苯胺、4， 4，雙(a a-二甲基節(jié)基)二苯胺、2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氫化喹啉聚合體、丙酮和 二苯胺高溫反應(yīng)產(chǎn)物2， 6-二叔丁基-4-甲基苯酚、對叔丁基苯酚、季戊四 醇酯、2，2'-硫代雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、N' -二苯基-B萘胺、N， N' -二 (B-萘基)對苯二胺、N- (4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺N， N' -二 苯基丙二胺、聚亞甲基聚苯胺、2， 2, 4-三甲基-1， 2-二氫化喹啉、6-苯 基-2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氫化喹啉、丙酮和苯基-B萘胺低溫反應(yīng)產(chǎn)物、 3-甲基-6-叔丁基苯酚苯乙烯化苯酚、3- (3， 5-二叔丁基-4-氫基苯基)丙 酸十八酯、4， 4，-硫代雙(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2， 2，-亞甲基雙 (4-甲基-6-叔丁基苯酚、2， 2，-亞甲基雙(4-甲基-a-甲基環(huán)已基)苯 酚、三(3， 5-二叔丁基-4-氫基芐基異氰尿酸酯)、二硫代胺基甲酸鎳、 3， 5， -二叔丁基-4-氫基芐基磷酸二乙酯、環(huán)己基-N，-苯基對苯二胺、N-異丙基-N，-苯基對苯二胺、N-(1,3-二甲基丁基)-N，-苯基對苯二胺、N，
N' -二苯基對苯二胺、2-氫基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-氫基-4-甲氧基二苯 甲酮、三-(1， 2， 2， 6， 6-五甲基哌啶基)_4-亞磷酸酯、2， 2，-亞甲基 雙(4-乙基-6-叔丁基酚)、1， 3， 5-三甲基-2， 4， 6-三(3， 5-二叔丁基-4-氫基芐基)苯、2-硫醇基苯并噻唑、2-硫醇基苯并噻唑鋅鹽、三(壬基苯 基)亞磷酸酯、聚碳化二亞胺、碳化二亞胺、6-乙氧基-2， 2， 4-三甲基-1， 2-二氫化喹啉、N-環(huán)已基對乙氧基苯胺、水揚(yáng)酸對叔丁基苯酯、2- (2-氫基-5-甲基苯基)苯并三唑等。
對應(yīng)作為濕度傳感器的包覆層材料的纖維素類高聚物等，在高溫處理成 膜前，為了促進(jìn)感應(yīng)包覆層材料的不穩(wěn)定化學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)化成一種穩(wěn)定的化學(xué)結(jié) 合，可以在感應(yīng)包覆層材料溶液內(nèi)加入適量的S 0、 SO 2、 S i 0、 T i 02、 Si02、 ZnO、 ZnS、 BaS04等無機(jī)材料，或F e 、 C u、 Ni、 Ca等牽移金屬，或者含有這些無機(jī)材料或牽移金屬的化合物中 的任何一種。這樣可以在纖芯與感應(yīng)包覆層之間形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，不僅 使感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，而且不易從纖芯剝離下來。
或者在纖維素類高聚物內(nèi)混合入少量的氟類高聚物。當(dāng)使用玻璃纖芯 時(shí)，因?yàn)榉乜梢耘cS i元素形成強(qiáng)有力的化學(xué)結(jié)合，可以避免感應(yīng)包覆 層從纖芯上剝離下來。
另外，本發(fā)明對感應(yīng)包覆層的長度也有要求。從本發(fā)明的原理考慮，感 應(yīng)包覆層l 2越長，則靈敏度越高，而纖芯的折射率低于感應(yīng)包覆層的折射 率的情況下，由于感應(yīng)包覆層12越長，光的損失越大，在通過光纖進(jìn)行遠(yuǎn) 離測定溫度和使用分布型溫度傳感器的情況下，為了保證傳感器的靈敏度， 需要使用大功率的光源來提高光源的發(fā)光強(qiáng)度。但是，這樣一來因發(fā)光功率 越大，則會(huì)使光源的壽命越短。因此， 一般情況下，感應(yīng)包覆層1 2的長度 最好不要超過2 0 c m，能控制在3 7 c m之間最為合適。
如果感應(yīng)包覆層12的折射率低于纖芯11的話，原則上來講對感應(yīng)包覆 層12的長度沒有限制。但是，例如應(yīng)用在手持式、管道插入式等對傳感器 的尺寸有限制的情況下，其長度也不宜過長，控制在l 0 cm以內(nèi)為宜。
本發(fā)明所提出的光纖傳感器10 (包括溫度傳感器或濕度傳感器)的實(shí) 際裝配組件一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)如下(參見圖3(a) 、 (b))，在光纖纖芯11 上，包覆了對溫度、或者濕度敏感的感應(yīng)包覆層1 2。該傳感器l 0的兩
端，分別與FC插頭3 O相連接。此外，在將光纖彎曲時(shí)，要使感應(yīng)包覆層 1 2的部分處于一端的直線狀態(tài)，并在其外面套上金屬套管21(例如，鋁質(zhì) 帶孔的細(xì)管)以防止其彎曲，或者受到觸碰損傷。在組裝時(shí)，將構(gòu)成傳感器 的光纖兩端的直線部分插入F C插頭中間的陶瓷插芯內(nèi)，并用粘合劑粘牢不 使其滑動(dòng)、脫落。這樣，構(gòu)成傳感器的光纖通過兩端的FC插頭被傳感器保 護(hù)盒20上的FC插座3 2所固定。位于保護(hù)盒20里面的光纖傳感器可以通 過FC插座3 2外側(cè)，由光纖4 l與光電變送器4 O相連接。該傳感器組件 結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際裝配時(shí)，傳感器保護(hù)盒20的長度不因?yàn)楣饫w部分的長 短而改變。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際使用時(shí)，與傳感器的兩端相連接的光纖處于 傳感器保護(hù)盒20—端，有利于使用現(xiàn)場的安裝與布線。
本發(fā)明所述的光纖傳感器10的實(shí)際裝配組件另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)如下 (參見圖4(a) 、 (b)):縮短傳感器部分的光纖，使其處于直線狀態(tài)，插入 套管21后，在其兩端分別安裝上FC插頭3 0。該傳感器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是， 因?yàn)闆]有彎曲部分，可以避免因?yàn)闃?gòu)成傳感器的光纖部分與其外部金屬管的 接觸而引起信號的不穩(wěn)定，可以提高測量精度。另外由于這種結(jié)構(gòu)的光在傳 輸過程中的損失很小，所以即使使用較小的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，也可 以保證有足夠強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度，以獲得較好的傳感特性。
上述兩種結(jié)構(gòu)的光纖傳感器不僅可以應(yīng)用于一般的民生及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等 領(lǐng)域，更主要的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在它可以應(yīng)用在防火、防爆等特殊需要領(lǐng)域， 可以使用光纖將本發(fā)明傳感器與光電變送器連接起來，使用光學(xué)手段對遠(yuǎn)距 離環(huán)境、設(shè)施、或者設(shè)備的溫度，濕度進(jìn)行遠(yuǎn)隔遙控檢測，而不需要對相關(guān) 的電氣系統(tǒng)部分采取任何防爆措施。
用于連接傳感器與光電變送器的光纖可以是多模的，或者是單模玻璃光 纖。當(dāng)然在幾百米以內(nèi)的短距離輸送時(shí)也可以使用塑料光纖。
在實(shí)施遠(yuǎn)距離溫度，或者溫濕度遙控檢測的情況下， 一般可以使用一個(gè) 光纖濕度傳感器與一個(gè)光纖溫度傳感器，使用光纖將溫/濕度傳感器與光電 變送器連接起來。這時(shí)濕度傳感器既可以用來計(jì)測環(huán)境中的濕度，又同時(shí)用 來對溫度傳感器進(jìn)行計(jì)測溫度值的修正。
本發(fā)明的濕度傳感器具有精度高、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，因此在不需要防火、 防爆的情況下，可以根據(jù)需要將本發(fā)明的光纖濕度傳感器與傳統(tǒng)的象半導(dǎo)體 式、電阻式等電氣驅(qū)動(dòng)方式的溫度傳感器組合使用。
同樣，由于本發(fā)明的光纖溫度，濕度傳感器具有耐腐蝕性、耐酸堿性， 可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)將本發(fā)明的光纖溫度及濕度傳感器用于易受酸堿腐蝕 的場合，或者與傳統(tǒng)的電氣驅(qū)動(dòng)式濕度傳感器，或者溫度傳感器組合使用。
還可以將本發(fā)明的光纖溫度、濕度傳感器固定在電氣系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)成小巧 的、便于攜帶的溫濕度計(jì)。這時(shí)使用的光纖溫/濕度傳感器，可以在其兩端 分別封裝上光源及受光裝置。
圖4及圖5給出的兩種形式的傳感器組裝方式，在不需要進(jìn)行長距離遙 控檢測的情況下，可以將L E D和P D分別直接固定在位于傳感器保護(hù)盒2 0上的FC插座3 2上。這樣，例如可以使用導(dǎo)線將傳感器與光電變送器連 接起來后，用于遠(yuǎn)距離溫/濕度檢測。
為了減少PD的噪音干擾，以獲得高精度的溫度，濕度的計(jì)量裝置，例 如手持式溫/濕度計(jì)量儀等，也可以將傳感器與相關(guān)電氣系統(tǒng)集成一個(gè)整 體。這時(shí)，可以將上L E D和P D直接封裝在傳感器光纖的兩端。圖5 (a)所示的就是這種結(jié)構(gòu)的小型光纖溫濕度傳感器組件。在該組件中，用 前述的方法，例如將玻璃光纖或者塑料光纖切斷為規(guī)定的長度，除去反射層 16之后，將感應(yīng)材料涂敷在纖芯11上，并加以高溫處理形成感應(yīng)包覆層l 2。放入鋁套管2 l中，然后在其兩端分別封裝上LED42和PD43。
該組件設(shè)置在中央空調(diào)的送風(fēng)通道以及回風(fēng)風(fēng)道時(shí)，為了抑制風(fēng)道的風(fēng) 速變化所造成的影響，要盡可能使用較細(xì)的鋁管2 1。例如，對于直徑小于 lmm的光纖，金屬管的內(nèi)徑最好抑制在2mm以內(nèi)。
空調(diào)的風(fēng)道所使用的溫/濕度傳感器組件一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)是(參見圖 5b):光纖溫/濕度傳感器被固定在金屬插管60內(nèi)，將固定于傳感器兩端的 PD以及LED用導(dǎo)線6 l從金屬插管60的一端引出，與電氣系統(tǒng)相連 接，溫/濕度傳感器組件通過固定座62被固定。
本發(fā)明的光纖溫度/濕度傳感器特別適合于以下特殊場合的應(yīng)用-
(1) 易燃、易爆的危險(xiǎn)場所；
(2) 操作人員不易接近的遠(yuǎn)距離場所、設(shè)備等；
(3) 容易受電磁波影響的場所；
(4) 傳統(tǒng)的電氣驅(qū)動(dòng)式溫度、濕度傳感器不能使用的場所。 本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。 實(shí)施例l
將纖芯直徑為200 u m(n =1.46，包括高聚物反射層在內(nèi)的直徑為 230u m)的玻璃光纖切斷成30c m長，從距離一端2 c m的部位開始，將 光纖浸漬在氯仿中浸泡5分鐘后，將高聚物反射層剝除5 cm左右。然后， 將溶解在環(huán)己酮的聚偏氟乙烯(PVDF、 Tm = 175°C， n二1.42)溶液加熱到 IO(TC后放冷至45°C，在室內(nèi)溫度為25。C的條件下，涂敷在纖芯11上，并 保持在室溫條件下放置10小時(shí)。之后移入干燥箱內(nèi)，在真空中，于180 °C，實(shí)施30分鐘的熱處理后，在玻璃纖芯11的表面形成了一層透明的感應(yīng) 包覆層12。然后使用粘合劑將光纖的兩端與陶瓷插芯31粘合，并組裝上F C插頭30，將光纖的端面充分研磨，即制成溫度傳感器。
傳感器測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是(參見圖6)，將傳感器l 0固定在保護(hù)盒2 0上后，設(shè)置在恒溫恒濕槽5 0中，通過光纖41與光電變送器40相連接。 入射光源采用近紅外光L E D (入m a x =810 n m)，受光釆用P D 4 3 ， 用微機(jī)4 4進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。傳感器的輸出光強(qiáng)度在PD上被轉(zhuǎn)換為光電流， 在通過1MQ的電阻，被轉(zhuǎn)換成電壓。將環(huán)境濕度設(shè)定為5 0%，將溫度從 9 0 。C開始下降至4 0 'C。降溫速度為1 °C / 1分鐘。每降溫1 0 'C，保溫 240分鐘不變，然后再繼續(xù)進(jìn)行降溫，如此進(jìn)行階梯形降溫；然后，又以與 降溫過程相同的方式進(jìn)行階梯形升溫，將溫度從4(TC上升至9 (TC。微機(jī) 44自動(dòng)記錄升/降溫過程中的傳感器對溫度的響應(yīng)曲線。
該傳感器溫度響應(yīng)特性如圖7所示，可以看出，隨著溫度的下降，輸出 快速下降。將溫度保持在一定值時(shí)，輸出也保持穩(wěn)定。從測試結(jié)果可知，該 光纖溫度傳感器，當(dāng)溫度變化某一單位值時(shí)，相應(yīng)的電壓變化量較大，所以 使用該光纖溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測定。 對比實(shí)施例1
按照實(shí)施例1的方法，涂敷PVDF溶液，在9 0 t下，實(shí)施1 2小時(shí)的 真空干燥。將FC插頭3 O連接在該光纖的兩端，用實(shí)施例l的條件對傳感
器的溫度響應(yīng)進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果顯示，雖然響應(yīng)溫度變化，但再現(xiàn)特性差。 即如果進(jìn)行反復(fù)升溫一降溫，不能每次返回到起始位置。
實(shí)施例2
將10份PVDF、 l份的聚甲基苯基硅烷(PMPS， Mw二30000、 T g=230 °C， Tm二28CTC， n 二l. 68)溶解于環(huán)己酮內(nèi)配制成5 %的混合溶液，按照 實(shí)施例l的步驟，涂敷在實(shí)施例l中所使用的同樣的玻璃纖芯上。將其在真 空中，于22(TC條件下，進(jìn)行了3 O分鐘的熱處理。在該混合比例下，PMPS 在規(guī)定的熱處理?xiàng)l件下降低到1.55，感應(yīng)包覆層的折射率為1.43，制成光 纖溫度傳感器。
按照實(shí)施例1的方法將其兩端組裝上FC插頭后，置于恒溫恒濕槽5 0 中，在實(shí)施例1的條件下，評價(jià)該傳感器的溫度響應(yīng)特性，可以發(fā)現(xiàn)與實(shí)施 例1相比，其具有更好的溫度響應(yīng)特性。
該傳感器的PMPS與玻璃纖芯之間形成了O — Si—O鍵，與纖芯形成了 一體，將其投入乙醇、丙酮、甲苯等有機(jī)溶劑中，進(jìn)行超聲波清洗，結(jié)果沒 有發(fā)現(xiàn)感應(yīng)包覆層脫落現(xiàn)象，也沒有留下遭受侵食的痕跡。 實(shí)施例3
將直徑為250u m的PMMA光纖切斷為1 0 c m長，浸漬在DMSO 中，剝除反射層后。將l 1份PVDF和2份聚甲基苯基硅垸(PMPS， Tg=230°C， n二1.68)溶解于環(huán)己酮內(nèi)配制成5 Q/^的混合溶液，按照實(shí)施 例1的方法，涂敷在PMMA纖芯上。將其在8 (TC下進(jìn)行1 2分鐘的真空
干燥后，即制得光纖溫度傳感器。
用陶瓷插芯3 1將FC插頭3 0與該光纖溫度傳感器的兩端連接，并將 端面充分研磨。將該傳感器固定在保護(hù)盒2 G內(nèi)(參見圖4 (b))，在恒 溫恒濕槽5 0中，按實(shí)施例1條件對傳感器的溫度響應(yīng)特性進(jìn)行了評價(jià)，結(jié) 果顯示與實(shí)施例1的傳感器具有同等的響應(yīng)特性。
此外，改變PVDF和PMPS的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對于l O份PVD F，以從2份PMPS到0.01份的比例進(jìn)行混合的溶液用于形成感應(yīng)包覆 層l 2時(shí)，均能獲得良好的溫度響應(yīng)特性。
但是，由于實(shí)施例3采用的PMMA塑料纖芯，具有較強(qiáng)的吸水性，當(dāng) 持續(xù)在相對濕度為8 5%的環(huán)境中對傳感器進(jìn)行連續(xù)4 8小時(shí)評價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)， 溫度感應(yīng)特性出現(xiàn)異常，由于輸出的不確定性，也難于采取修正措施。
而采用玻璃纖芯的實(shí)施例1的溫度傳感器，在同樣的高濕條件下持續(xù)進(jìn) 行72小時(shí)以上的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，沒有出現(xiàn)類似問題。 實(shí)施例4
將纖芯直徑為200um、高聚物反射層直徑為230um的玻璃光纖切斷 成l 0 cm長，浸漬在氯仿中，剝除高聚物反射層后。按照實(shí)施例l的步 驟，將5X的PMPS溶液涂敷在玻璃纖芯上。為了使側(cè)鏈分解而促進(jìn)氧化 反應(yīng)的進(jìn)行，在(比PMP S的Tm28(TC高出7(TC)35(TC下，于空氣中熱 處理3 O分鐘。通過該處理，聚硅烷側(cè)基上的甲基和苯基分解，Si原子與 空氣中的氧反應(yīng)，在聚硅烷的主鏈之間形成O — Si—O鍵，轉(zhuǎn)換成玻璃， 從而獲得了可以在高溫下使用的光纖溫度傳感器。在這種情況下，在規(guī)定熱 處理?xiàng)l件下，PMPS的折射率降低至1.55。
將該傳感器放入不銹鋼制的管子中，通過陶瓷插芯3 1連接F C插頭3 0 。采用圖6所示的測定系統(tǒng)，在2(TC 250'C的范圍內(nèi)對傳感器的溫度響 應(yīng)特性進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果顯示，雖然在高溫條件下，相對于單位溫度變化量
的傳感器輸出變化量較小、但是其分辨能可以達(dá)到rc左右，顯示出良好的
溫度響應(yīng)特性。 實(shí)施例5
將纖芯直徑為6um、反射層直徑為125um的單模玻璃光纖切斷成l 0 cm長。按照實(shí)施例l的方法，將5X的PMPS溶液沿光纖的長度方 向，涂敷5 cm左右、在空氣中，35(TC高溫處理3 0分鐘。按照圖5a所示 將光纖插入套管內(nèi)之后在兩端分別固定上L E D42和PD43。然后將傳感 器插入圖5b所示的插管內(nèi)。用導(dǎo)線將其與光電變送器連接后，設(shè)置在上述 的測定裝置中，評價(jià)它的溫度響應(yīng)特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管將感應(yīng)包覆層涂制 于光纖原有的反射層的表面，但是相對于溫度的變化，也顯示了良好的溫度 響應(yīng)特性。 對比實(shí)施例2 將纖芯直徑為5 0 ym、反射層直徑為125um的多模玻璃光纖切斷成 1 0 c m長。將5 X的PMP S溶液沿光纖的長度方向，涂敷5 c m左右、 在35(TC下燒制3 0分鐘。采用了與實(shí)施例6同樣的封裝方式，在傳感器兩 端分別固定了L E D和P D后，設(shè)置在上述的測定裝置中評價(jià)溫度響應(yīng)特 性，與實(shí)施例相比，其靈敏度相當(dāng)?shù)汀?br> 實(shí)施例5中使用的是單模光纖，這時(shí)的反射層可以視作纖芯。實(shí)質(zhì)纖芯 直徑為6 um的纖芯與直徑125iim的反射層相比，只占5%左右，故可以 乎略。而對比例2的纖芯直徑為50ii m，已經(jīng)不能忽視，只能作為有反射 層的光纖看待，這樣通過從光源發(fā)射光大部分通過纖芯傳輸而不受感應(yīng)包覆 層折射率變化的影響，受影響的僅是通過反射層的小部分，因此其靈敏度很 低。
實(shí)施例6
將乙烯與丁二烯的單量體按1 : 9的比例聚合后得到分子量為2 0 0 , 0 0 0的高聚物，之后將該高聚物溶解于環(huán)己烷溶劑中配制為6%的溶液， 再添加微量的硫黃粉體(對高聚物的重量比為1 %)，及加硫催化劑N-環(huán)已 基-2-苯并噻唑次磺酰胺(對高聚物的重量比為1 %)，將硫黃粉體及加硫催 化劑完全溶解后，將溶液放冷到3 (TC后，在2 5'C的室溫條件下涂敷在芯 徑為200um的玻璃纖芯的表面上。然后，在真空狀態(tài)下，于18(TC加熱2 O分鐘，對高聚物進(jìn)行交聯(lián)處理。然后按上述方法將光纖穿入帶有小孔的鋁 管內(nèi)，在兩端安裝上FC插頭。使用上述檢測裝置對該溫度傳感器進(jìn)行了評 價(jià)。結(jié)果顯示，具有良好的溫度響應(yīng)特性。
本實(shí)施例使用交聯(lián)處理的橡膠形成的感應(yīng)包覆層，由于膜內(nèi)存在著較大 的微小空間，因此對溫度的變化也十分敏感。另外，還具有不受濕度影響及 其他氣體影響的特點(diǎn)。 實(shí)施例7
將聚乙烯咔唑與聚偏二氟乙稀按7:3的比例溶解于環(huán)己酮內(nèi)而配制成
3%的混合溶液。待溶液冷卻到4 (TC時(shí)涂敷在芯經(jīng)為2 0 0 um的玻璃纖 芯上。于室溫自然干燥l 2小時(shí)后，移至干燥箱內(nèi)抽完真空后，18(TC處理 3 0分鐘。再在光纖兩端接上FC插頭后，固定在圖6所示的箱體內(nèi)對其溫
度相應(yīng)特性進(jìn)行了評價(jià)。該傳感器從零下20 16(TC的范圍內(nèi)具有良好的、
線性的溫度響應(yīng)特性。
實(shí)施例8
將8份酚醛樹酯、1份PMPS、 1份PVDF混合后，溶解于DMS 0中。然后將鐵攪拌棒放入該混合溶液中，在8 (KC下進(jìn)行7 2小時(shí)的攪 拌。在溶液冷卻到6 (TC后，涂敷在芯經(jīng)為2 0 0 nm的玻璃纖芯外表，并 在2 5r的室內(nèi)干燥2 4小時(shí)，在16(TC下進(jìn)行2小時(shí)真空高溫處理。通過 該高溫處理，聚硅烷側(cè)鏈上甲基和苯基分解并與空氣中的氧反應(yīng)，不僅聚硅 烷主鏈之間，同時(shí)與玻璃纖芯之間也形成O — S i—O鍵，因此感應(yīng)包覆層 不僅不會(huì)從纖芯剝離，而且感應(yīng)包覆層的化學(xué)性能穩(wěn)定、膜厚均勻。該濕度 傳感器也可以在高溫下使用。在前述反應(yīng)中，鐵在酚醛樹酯之間形成錯(cuò)體， 提高了吸濕性，并且不易受其他氣體的影響。將光纖裝入不銹鋼管中，在兩 端通過陶瓷插芯3 1與F C插頭相連接。使用圖6所示的評價(jià)系統(tǒng)，在100 'C下2 0 9 8%的濕度范圍，對傳感器特性進(jìn)行了評價(jià)，具有很好的濕度 響應(yīng)特性(參見圖8)。
將9份羥乙基纖維素(Tg二135 14(TC， Tm=165。C，在相對濕度為70 %時(shí)折射率n二1.52)、 1份P VD F溶解在DMS O中，配制成3%的混合 溶液，放冷至2 5'C后涂敷在芯徑為2 Q 0 um的玻璃纖芯外圍之后，在 18(TC溫度下實(shí)施3 O分鐘的真空高溫處理。按上述方法將光纖插入金屬管 后并在兩端分別組裝上FC插頭，將光纖的兩端研磨后，設(shè)置在評價(jià)裝置 中，在室溫條件下，在3 0 9 OQX的濕度范圍內(nèi)，進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果表明，
該濕度傳感器具有線性相關(guān)關(guān)系，且靈敏度很高。 對比實(shí)施例3
將在實(shí)施例9中配制的溶液在同樣的條件下涂敷在同一種纖芯外表后， 改為在室溫條件下放置4 8小時(shí)干燥后，做成濕度傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其 濕度感應(yīng)范圍降低到5 0 8 0%。并且溫度對傳感器的影響也較實(shí)施例9 所得的濕度傳感器大得多。 對比實(shí)施例4
將4份羥乙基纖維素、1份PVDF溶解在DMS0中，配制成3%的 混合溶液涂敷在直徑lmm的PMMA纖芯上，在室溫下干燥7 2小時(shí)。光 纖兩端面研磨之后，并固定好LED以及PD，設(shè)置在上述的評價(jià)裝置中， 在規(guī)定條件下評價(jià)其感應(yīng)特性，只在6 0% 8 0%的狹窄濕度范圍內(nèi)具有 線性相關(guān)關(guān)系。
這兩個(gè)對比例與實(shí)施例9相比，不僅感應(yīng)濕度范圍變窄，對于濕度的靈 敏度下降。就是說濕度每變化l %時(shí)的傳感器輸出變化也小。這是因?yàn)樵诮Y(jié) 構(gòu)上，包覆層的折射率高于纖芯，光的損失大是一個(gè)原因(對比實(shí)施例4)。 另外，在室溫下干燥的包覆層不夠緊密，間隙尺寸大，不能獲得與濕度變化 相應(yīng)的體積變化也是一個(gè)原因(對比實(shí)施例3 )。
另外，對比例4中的傳感器由于PMMA的吸水性，當(dāng)持續(xù)在相對濕度 為8 5%的環(huán)境中對傳感器連續(xù)進(jìn)行4 8小時(shí)以上的評價(jià)發(fā)現(xiàn)，濕度感應(yīng)特 性十分不穩(wěn)定(參見圖9)。
實(shí)施例和對比例驗(yàn)證了對感應(yīng)包覆層實(shí)施高溫處理的效應(yīng)。由于包覆層 的熱處理溫度不同，就會(huì)對傳感器的響應(yīng)特性產(chǎn)生決定性的影響。因此熱處 理溫度的把握是決定傳感器性能的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。這是因?yàn)闊崽幚頊囟戎苯佑?響感應(yīng)包覆層的結(jié)構(gòu)及其化學(xué)性能的穩(wěn)定性所至。幾個(gè)使用塑料纖芯的實(shí)施 例中的傳感器，由于難于實(shí)施高溫處理，所以存在感應(yīng)包覆層的結(jié)構(gòu)及化學(xué) 性能的不穩(wěn)定性，加之前述的塑料纖芯的吸濕問題，所以使用塑料纖芯的濕 度傳感器的性能是不穩(wěn)定的。 實(shí)施例10
將醋酸纖維素溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成3%的溶液，按照 實(shí)施例1的步驟涂敷在纖芯徑為200u m的玻璃芯上之后，在20CTC下實(shí)施 3 0分鐘的真空干燥。將光纖的兩端面進(jìn)行研磨。連接上FC插頭形成濕度 傳感器。將該傳感器設(shè)置在上述的評價(jià)裝置中，在規(guī)定條件下評價(jià)其傳感檢 測特性，在2 0 9 8%的濕度范圍內(nèi)，具有很好的線性相關(guān)關(guān)系。 實(shí)施例11
作為應(yīng)用，將實(shí)施例9中制作的濕度傳感器，與在實(shí)施例6中制作的溫 度傳感器安裝在圖4(b)所示的保護(hù)外殼20內(nèi)，分別通過兩組長100m，光
纖芯徑為50 u m，反射層直徑為125 ii m的玻璃光纖將溫度及濕度傳感器與 溫濕度變送器相連接，構(gòu)成了可以遠(yuǎn)距離遙控的溫/濕度計(jì)量裝置。
該溫/濕度計(jì)量裝置的溫/濕度變送器(即電氣系統(tǒng))的構(gòu)成具有以下特 征(l)因?yàn)長ED的發(fā)光壽命滿足不了實(shí)用要求，為了延長LED的使 用壽命，采取了間歇式工作方式。因此有一個(gè)脈沖信號處理部分。只要調(diào)節(jié) 間斷時(shí)間的長短，可以最大限度地延長L E D的使用壽命；(2)采用了可 以獲得穩(wěn)定發(fā)光強(qiáng)度的定電流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光處理部分；(3)為了對L E D的 發(fā)光強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)衰減、及環(huán)境溫度變化而引起的L E D發(fā)光強(qiáng)度變化進(jìn)行修 正，導(dǎo)入了修正發(fā)光量的反饋處理部分，包括經(jīng)過反饋電路自動(dòng)調(diào)節(jié)LED 的驅(qū)動(dòng)電流，及在軟件上根據(jù)經(jīng)過時(shí)間及溫度值自動(dòng)進(jìn)行修正處理；(4) 采用了低減噪音干擾的受光處理部分；(5)演算處理部分，可以根據(jù)瞬間 接收到的傳感器輸出信號，自動(dòng)進(jìn)行智能型處理決定出實(shí)際的溫度或者濕度 值；(6)溫度值修正處理部分，根據(jù)濕度及其他情況而造成的誤差程度對 測量到的溫度值進(jìn)行修正處理；(7)濕度值修正處理部分，根據(jù)溫度及其 他情況而造成的誤差程度對測量到的濕度值進(jìn)行修正處理；(8)校正溫度 處理部分，做到了只要將現(xiàn)場的溫度值輸入計(jì)量裝置，即可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度基 準(zhǔn)點(diǎn)，并能自動(dòng)調(diào)整計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)的簡捷方式；(9)校正濕度處理部分， 同樣只要將現(xiàn)場的濕度值輸入計(jì)量裝置，即可自動(dòng)調(diào)節(jié)濕度基準(zhǔn)點(diǎn)，并能自 動(dòng)調(diào)整計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)；(10)信號輸出及終端控制處理部分，包括RS4 8 5接口，顯示及終端控制功能；(11)系統(tǒng)自檢處理部分，可以自動(dòng)檢驗(yàn)傳 感器部分、電氣系統(tǒng)、輸出部分以及傳輸部分是否正常；(12)異常檢知及 警報(bào)處理部分，主要是在工作過程中因?yàn)橥饨缫蛩厮鸬臏y量值異常時(shí)， 做出必要的警報(bào)。
該溫/濕度計(jì)量裝置整體展現(xiàn)了以下幾個(gè)特征(1)計(jì)量精度高，溫度 誤差為正負(fù)0 .5'C以內(nèi)，由于濕度傳感器受溫度的影響有限(溫度每變化1 (TC時(shí)，對濕度值的影響在0.5%以下)，加之靈敏度高，所以濕度的計(jì)量 誤差在正負(fù)1%以內(nèi)；(2)由于采用光纖進(jìn)行信號的輸送，加之溫濕度傳 感器都是光學(xué)工作原理，所以適合于需要防火、防爆等危險(xiǎn)區(qū)域的溫/濕度 計(jì)測；(3)由于光纖濕度傳感器不怕灰塵，不受酸，堿，鹽的腐蝕，與傳統(tǒng)
的電容式，半導(dǎo)體式濕度傳感器相比，使用壽命長2倍以上；(4)整個(gè)系
統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，可靠性高；(5 )便于現(xiàn)場安裝及維修。
本發(fā)明所述的實(shí)施例及對比實(shí)施例，只是本發(fā)明所實(shí)施的實(shí)驗(yàn)例的一部 分。發(fā)明人實(shí)際上采用本發(fā)明所列舉的各種纖芯材料，以及對多達(dá)數(shù)十種的 感應(yīng)包覆層材料所作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在本發(fā)明所述的實(shí)驗(yàn)條件下，在較寬 的溫度和/或濕度范圍內(nèi)，本發(fā)明所述的傳感器都具有良好的響應(yīng)特性，特 別是在所述優(yōu)選的參數(shù)條件下。
權(quán)利要求
1.一種光纖溫度傳感器，其特征在于該傳感器是由折射率為n0的光纖纖芯和折射率為nc的感應(yīng)包覆層所構(gòu)成，且該感應(yīng)包覆層中至少含有一種折射率能夠隨溫度變化而變化的高聚物或低分子材料；所述的光纖為玻璃光纖或塑料光纖，纖芯直徑為5μm～3mm；所述感應(yīng)包覆層的厚度為0.1～30μm，感應(yīng)包覆層的長度不超過20cm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于所述的光纖為 單模玻璃光纖，纖芯直徑為5 12um;所述感應(yīng)包覆層的厚度為1 5 ti m，感應(yīng)包覆層的長度為3 7 cm;且設(shè)計(jì)所述光纖纖芯及其感應(yīng)包覆層 間的折射率差異的絕對值為0 0. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征在于所述的折射率 為n Q的光纖纖芯和折射率為n 。的感應(yīng)包覆層之間存在折射率為n i的反射 層，且所述的玻璃光纖或塑料光纖為單模光纖。
4. 一種光纖濕度傳感器，其特征在于該傳感器是由折射率為n。的光纖 纖芯和折射率為n 。的感應(yīng)包覆層所構(gòu)成，且該感應(yīng)包覆層中至少含有一種 折射率能夠隨濕度變化而變化的高聚物或低分子材料；所述的光纖纖芯直徑 為5um 3mm;所述感應(yīng)包覆層的厚度為0. 1 30um;感應(yīng)包覆層的 長度不超過2 0 c m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖濕度傳感器，其特征在于所述的光纖為 單模玻璃光纖，纖芯直徑為5 12u m;所述感應(yīng)包覆層的厚度為1 5 u m，感應(yīng)包覆層的長度為3 7 c m;且設(shè)計(jì)所述光纖纖芯及其感應(yīng)包覆層 間的折射率差異的絕對值為0 0. 5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖濕度傳感器，其特征在于所述的折射率 為n o的光纖纖芯和折射率為n 。的感應(yīng)包覆層之間存在折射率為n ;的反射 層，且所述的玻璃光纖或塑料光纖為單模光纖。
7. —種權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器的制造方法，其特征在于該 制造方法以所述的玻璃光纖或塑料光纖為傳感器的光纖纖芯，將所述感應(yīng)包 覆層材料在其溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到2 0 — 6 (TC，然后將 該溶液均勻涂敷在所述玻璃光纖或塑料光纖纖芯的外表面，在2 0 — 4 (TC 的條件下晾干后，再經(jīng)熱處理或交聯(lián)處理后即得；當(dāng)選用玻璃光纖為傳感器 的光纖纖芯時(shí)，所述熱處理的溫度T條件為(Tm-5 0°C)《T《(Tm + 5 (TC)，所述的Tm為感應(yīng)包覆層材料的熔融溫度；當(dāng)選用塑料光纖為 傳感器的光纖纖芯時(shí)，所述熱處理的溫度T條件為(Tg—5 0°C)《T 《(Ts+5 (TC)，所述的Tg為塑料光纖纖芯材料的玻璃化溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖溫度傳感器的制造方法，其特征在于在 所述的涂敷之前，在所述感應(yīng)包覆層材料溶液中加入防老化劑，然后再進(jìn)行 所述的涂敷。
9. 一種權(quán)利要求4所述的光纖濕度傳感器的制造方法，其特征在于該 制造方法以所述的玻璃光纖或塑料光纖為傳感器的光纖纖芯，將所述感應(yīng)包 覆層材料在其溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到2 0 — 6 (TC，然后將 該溶液均勻涂敷在所述玻璃光纖或塑料光纖纖芯的外表面，在2 0 — 4 0 °C 的條件下晾干后，再經(jīng)熱處理或交聯(lián)處理后即得；當(dāng)選用玻璃光纖為傳感器 的光纖纖芯時(shí)，所述熱處理的溫度T條件為(Tm—5 0°C)《T《(Tm + 5 (TC)，所述的Tm為感應(yīng)包覆層材料的熔融溫度；當(dāng)選用塑料光纖為 傳感器的光纖纖芯時(shí)，所述熱處理的溫度T條件為(Tg—5 (TC)《T 《(Ts+5 (TC)，所述的Tg為塑料光纖纖芯材料的玻璃化溫度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖濕度傳感器的制造方法，其特征在于在 所述的涂敷之前，在所述感應(yīng)包覆層材料溶液中加入防老化劑，然后再進(jìn)行 所述的涂敷。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的光纖濕度傳感器的制造方法，其特征 在于在所述的涂敷之前，在所述感應(yīng)包覆層材料溶液中加入無機(jī)材料S 0、 S02、 SiO、 Ti02、 Si02、 ZnO、 ZnS、 BaS04,或牽移 金屬Fe、 Cu、 Ni、 Ca,或者含有所述無機(jī)材料或牽移金屬的化合物 中的任何一種。
12. —種溫度計(jì)量裝置，包括；脈沖信號處理部分、發(fā)光處理部分、修 正發(fā)光量的反饋處理部分、演算處理部分、溫度值修正處理部分、校正溫度 處理部分、信號輸出及終端控制處理部分、系統(tǒng)自檢處理部分和異常檢知及 警報(bào)處理部分，和用于傳輸溫度信號的光纖或者電線，其特征在于該溫度計(jì) 量裝置使用權(quán)利要求1、 2或3所述的光纖溫度傳感器，并在所述光纖溫度 傳感器的兩端分別封裝發(fā)光裝置及受光裝置。
13. —種濕度計(jì)量裝置，包括；脈沖信號處理部分、發(fā)光處理部分、修正發(fā)光量的反饋處理部分、演算處理部分、濕度值修正處理部分、校正濕度 處理部分、信號輸出及終端控制處理部分、系統(tǒng)自檢處理部分和異常檢知及 警報(bào)處理部分，和用于傳輸濕度信號的光纖或者電線，其特征在于該濕度計(jì)量裝置使用權(quán)利要求4、 5或6所述的光纖濕度傳感器，并在所述光纖濕度 傳感器的兩端分別封裝發(fā)光裝置及受光裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖溫/濕度傳感器及其制造方法和用途。該光纖溫/濕度傳感器的特征在于是由折射率為n₀的光纖纖芯和折射率為n_c的感應(yīng)包覆層所構(gòu)成，且該感應(yīng)包覆層中至少含有一種折射率能夠隨溫/濕度變化而變化的高聚物或低分子材料；所述的光纖為玻璃光纖或塑料光纖，纖芯直徑為5μm～3mm；所述感應(yīng)包覆層的厚度為0.1～30μm，感應(yīng)包覆層的長度不超過20cm。該傳感器制造方法采用本發(fā)明所述的光纖纖芯，將所述感應(yīng)包覆層材料在其溶劑中加熱到完全溶解狀態(tài)后，冷卻到20-60℃，然后將該溶液均勻涂敷在所述玻璃光纖或塑料光纖纖芯的外表面，晾干后，再經(jīng)熱處理或交聯(lián)處理后即得。
文檔編號G01N21/41GK101109664SQ20071005919
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者梁傳信 申請人:李亞濱