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15pm/℃，传感器能够同时测量环境温度和相对湿度，具有良好 机上输出反射光谱。由于单模光纤和多模光纤的纤芯不匹配，
的使用前景。 使得经过布拉格光栅反射以后形成图3所示的干涉条纹。
1.湿度响应测试
一、传感器设计和制作 首先对所制作的传感器进行湿度响应测试。湿度响应测试
传感器基本结构如图1所示，其制作主要分以下三个步骤： 期间，将恒温恒湿箱的温度设置在50℃，在30%RH-80%RH湿度范
首先，通过光纤熔接机将布拉格光栅和多模光纤熔接在一起。 围内每隔10%RH记录一次实验数据。在实验开始前，将所设计的
为了能够获得较好的反射光谱，通过多次实验，对比不同长度 传感器放置于恒温恒湿箱内，保持30min使其处于稳定的湿度温
的多模光纤获得光谱，最终选择将多模光纤切割至6mm既能够获 度环境，这样获得的实验结果更加准确可靠。然后选择波长为
得较好的反射光谱又便于对其腐蚀的控制。其次，使用氢氟酸 1530nm的干涉峰观察共振波长随相对湿度的变化情况。当相对
对多模光纤进行腐蚀。使用质量分数为40%的氢氟酸对多模光纤 湿度逐渐增加和减少时，传感器的输出光谱由解调仪记录。下
进行腐蚀22分钟，通过在显微镜下观察，可以发现腐蚀后的直 图分别是随着相对湿度的增加和减少的反射光谱。从图中可以
径为60μm。最后，在腐蚀以后的多模光纤部分涂覆一层羧甲基 看出，随着相对湿度的增加，传感器的反射光谱向长波方向移
纤维素水凝胶。 动。相反，随着相对湿度的降低，反射光谱向短波方向移动。
在实验测试中，传感器的响应和恢复时间分别为约2.34s（从
图 1 光纤温湿度传感器结构示意图
30％RH到80％RH）和2.78s（从80％RH 到30％RH）。这表明传
感器对环境相对湿度的变化能够做出快速响应。
图 3（a）反射光谱随相对湿度升高的变化关（b）反射光谱随相对湿度降低的变化关系
羧甲基纤维素水凝胶膜的制备分以下三个步骤：首先取2g
的羧甲基纤维素粉末加入到100ml的去离子水中，通过磁力搅拌
器搅拌30分钟，将搅拌后的羧甲基纤维素溶液静置1小时，使其
中的水凝胶分布均匀。其次，将腐蚀以后的多模光纤固定好，
逐渐接近羧甲基纤维素水凝胶液面，在其与液面刚刚接触时，
将其反向提升，使得空芯光纤端面涂覆一层羧甲基纤维素水凝
胶。最后，将制作好的传感器放在干燥箱中12小时，使得涂覆
的羧甲基纤维素水凝胶能够稳定的附着在多模光纤上。 在相对湿度升高和降低的过程中，所选择的干涉波峰
的共振波长与不同的相对湿度之间的变化关系如图4所示。
二、实验和讨论 可见，共振波长与相对湿度近似呈线性关系。对两组数据进
将所制作的传感器放置到恒温恒湿箱中进行湿度和温度的 行线性拟合，相对湿度升高和降低过程的拟合公式分别为
响应测试，实验原理图2所示。从光纤解调仪发出的宽带光源经
过单模光纤到多模光纤然后在经过布拉格光栅的反射重新进入 图 4 共振波长随湿度升高和降低变化关系
到光纤解调仪，通过计算机对反射的光进行处理，最终在计算
图 2 传感器温湿度测试实验原理图
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