基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感系统

简介：
本研究提出了一种基于聚异丁烯（PI）湿敏薄膜与分布式光纤布拉格光栅(FBG)技术结合的新型湿度传感系统，实现了对环境湿度分布的高灵敏度、长距离监测。 本段落研究了一种基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤布拉格光栅（FBG）湿度传感器。该传感器利用了PI薄膜在遇到水分后会膨胀的特点，将这种湿应变作用于Bragg栅区，从而改变中心波长，实现了对26%到98%相对湿度范围内环境湿度的监测。通过改进PI湿敏薄膜的制备及涂覆工艺，提高了FBG湿度传感器性能，并采取了温度补偿措施以消除温度波动的影响。 为了满足空间多点湿度监测的需求，研究者提出并开发了一种分布式FBG湿度传感系统。实验结果表明，该系统的灵敏度为每百分比相对湿度变化15pm波长变化，线性误差在2.75%以内，并且具有良好的重复性和稳定性。 随着科学技术的进步和工业化的深入发展，对环境湿度监测的要求日益提高，在航空航天、精密制造及环境保护等领域尤其如此。传统湿度传感器已无法完全满足现代技术的需求，因此基于PI湿敏薄膜的分布式光纤布拉格光栅（FBG）湿度传感器应运而生。这种新型传感器具有高灵敏度和精确度，并且能够在复杂条件下稳定工作。 聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜因其在接触水分时会膨胀的特点，成为理想的湿度传感材料。当将该薄膜涂覆于光纤布拉格光栅上时，湿度变化导致的膨胀转化为对光栅结构中的应变作用。由于FBG对于这种微小变形极为敏感，其反射中心波长会发生相应改变，通过检测这一变化即可准确测量环境相对湿度。 为提高传感器性能，研究团队改良了PI湿敏薄膜制备及涂覆工艺，并引入温度补偿机制以确保测量精度不受温度影响。此外，在设计分布式FBG湿度传感系统时考虑到了空间多点监测的实际需求，该系统能够在同一根光纤上传输多个FBG湿度传感器的数据。 实验结果表明，所研制的FBG湿度传感器灵敏度为15pm/%RH，并且线性误差控制在2.75%以内。同时，其良好的重复性和稳定性也得到了验证，在长期运行中仍能保持高精度和可靠性。 综上所述，基于聚酰亚胺（PI）湿敏薄膜的分布式光纤布拉格光栅湿度传感器不仅具有创新的技术特点，而且性能可靠。它能够在宽泛的相对湿度范围内提供精确监测，并且适用于工业、科研以及民用等多个领域的需求。随着技术的发展和完善，这种新型湿度传感器必将在未来发挥更加重要的作用。