引用本文:

刘倩,马彦华,徐琳,等:一种聚合物涂覆光纤盐度传感器[J]. 光通信技术,2018,42(5):21-23.

一种聚合物涂覆光纤盐度传感器

刘 倩,马彦华,徐 琳,刘仪琳,李丽君*

(山东科技大学 电子通信与物理学院,山东 青岛 266590)

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摘要:为了提高传感器灵敏度,减少成本,提出了一种基于聚酰亚胺涂层的全光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉式盐度传感器,传感部分由单模光纤-小芯径光纤-单模光纤(Single mode fiber-Thin core fiber-Single mode fiber,STS)错芯熔接而成,并将聚酰亚胺作为敏感膜涂覆在小芯径光纤之外,利用聚酰亚胺在电解质溶液中的溶胀特性而实现对盐度的传感。利用实验室配制的NaCl溶液进行传感器性能测试实验,结果表明,在其它条件不变的情况下,涂覆的敏感膜越厚,灵敏度越高。

关键词:全光纤Mach-Zehnder;小芯径;聚酰亚胺;灵敏度;盐度检测

中图分类号:TN253 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)05-0021-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.05.006

0 引言
    盐度是海洋环境监测的一个重要参数,精确地监测水体盐度分布在海洋、生态等方面具有重要意义[1]。目前,已经报道的光纤盐度传感器主要有光纤光栅
类[2~6]盐度传感器、基于空心光纤[7,8]或空芯光子晶体光纤[9]的盐度传感器等。其中,文献[4]提到了将聚酰亚胺涂覆在FBG结构上来实现盐度的测量,涂层厚度为64μm时,传感器的灵敏度可达到17.5pm/(mol/L),但由于测量步骤繁琐,不利于实现传感器的简单化。文
献[6]中提出了一种基于单端长周期光纤光栅的溶液浓度传感器,可以得到分辨率在低浓度和高浓度处分别可达到3.50g/L和1.96g/L以上,由于长周期光纤光栅对温度的敏感特性,还需要进一步研究改进。另外,Ahmed F等人[10]用光子晶体光纤作为传感器的传感臂,并用拉锥技术对传感光纤进行处理,虽然传感器的灵敏度最高可达到1141.10nm/RIU,但由于拉锥技术的操作要求非常高,光子晶体光纤的价格也比较昂贵,不适合大批量生产,也无法满足生产实际需
求[10~15]。
    基于以上研究背景,本文将聚酰亚胺在电解质溶液中的溶胀特性原理与全光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉仪的应力传感原理相结合,设计出一种新型的高精度干涉式盐度传感器。

3 结束语
    本文对自行设计制作的MZ干涉式盐度传感器传感结构进行了实验研究,聚酰亚胺在不同浓度溶液中因溶胀性不同而产生轴向应力,并作用于小芯径光纤。实验对涂覆聚酰亚胺不同厚度的传感器对应的盐度传感特性进行了对比,传感器体现出了很好的线性,而且涂覆聚酰亚胺越厚,传感器灵敏度越高。实验中发现,涂覆材料越厚,反应时间就越长,这需要根据应用场合对时间和数据采集要求来具体设计。此传感器对盐度具有较高的灵敏度,而且结构简单、廉价、易于实现和重复制作,这些都为同类传感器的实际应用带来方便,是一种具有发展前途的全光纤类盐度传感器。