作者单位
摘要
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏 南京 210044
提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)和反共振(AR)效应的光纤温湿度传感器。将单模光纤(SMF)和端面固化了聚酰亚胺(PI)的带涂层无芯光纤(NCF)插入非封闭硅管两端构建FPI,利用具有相似光程的空气腔和空气-PI混合腔产生光谱叠加的游标效应,显著提高相对湿度检测灵敏度。NCF包层的光和部分折射进丙烯酸树脂涂层的光耦合形成AR,利用温度引起涂层折射率的改变导致AR非透射波长产生漂移,实现对温度的高灵敏度测量。实验结果表明:在10%~80%的相对湿度范围内,相对湿度灵敏度为510.25 pm/%;在26~35 ℃的温度范围内,温度灵敏度可达-4.48 nm/℃。该传感器具有成本低、灵敏度高的优点,在生物医学、健康监测等方面具有重要的应用价值。
传感器 光纤传感器 温湿度 游标效应 法布里-珀罗干涉仪 反共振 
光学学报
2024, 44(5): 0528001
作者单位
摘要
1 重庆理工大学智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心重庆市光纤传感与光电检测重点实验室,重庆 400054
2 眉山三苏祠博物馆,四川 眉山 620010
3 重庆自然博物馆,重庆 400711
为了实现相对湿度高灵敏、快速、准确的检测,本文提出了一种基于壳聚糖/聚乙烯醇/纳米碳粉复合物涂敷的光纤布拉格光栅湿度传感器。建立了传感器检测相对湿度的理论模型。实验研究了湿度敏感(简称湿敏)膜成分与厚度、温度及光辐射对传感器性能的影响。研究表明,当壳聚糖与聚乙烯醇中纳米碳粉掺杂的质量分数为10%、湿敏膜厚度为185 μm时,相对湿度在20%RH~90%RH(相对湿度单位)范围内传感器灵敏度达到57.7 pm/(%RH),响应时间为420 s,恢复时间为540 s。将传感器封装在黑色聚四氟乙烯毛细管内,且通过引入温度补偿光纤布拉格光栅(FBG-T)的方法对温度进行解耦后,在温度为5~65 ℃、光辐射波长为220~1200 nm、光辐射强度为50 mW/cm2时,传感器测量结果可免疫温度和光辐射的影响,测量结果准确性高、重复性好,且最大相对误差小于5.8%。
光纤布拉格光栅 湿度传感器 灵敏度 响应时间 准确度 
光学学报
2024, 44(4): 0428003
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 College of Materials and Chemistry, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
The pandemic of respiratory diseases enlightened people that monitoring respiration has promising prospects in averting many fatalities by tracking the development of diseases. However, the response speed of current optical fiber sensors is still insufficient to meet the requirements of high-frequency respiratory detection during respiratory failure. Here, a scheme for a fast and stable tachypnea monitor is proposed utilizing a water-soluble C60-Lys ion compound as functional material for the tracking of humidity change in the progression of breath. The polarization of C60-Lys can be tuned by the ambient relative humidity change, and an apparent refractive index alteration can be detected due to the small size effect. In our experiments, C60-Lys is conformally and uniformly deposited on the surface of a tilted fiber Bragg grating (TFBG) to fabricate an ultra-fast-response, high-sensitivity, and long-term stable optical fiber humidity sensor. A relative humidity (RH) detecting sensitivity of 0.080 dB/% RH and the equilibrium response time and recovery time of 1.85 s and 1.58 s are observed, respectively. Also, a linear relation is detected between the resonance intensity of the TFBG and the environment RH. In a practical breath monitoring experiment, the instantaneous response time and recovery time are measured as 40 ms and 41 ms, respectively, during a 1.5 Hz fast breath process. Furthermore, an excellent time stability and high repeatability are exhibited in experiments conducted over a range of 7 days.
humidity sensor fullerene derivative optical fiber sensing tilted fiber Bragg grating nanomaterials 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021201
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心 江苏 南京 210044
本文提出一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的光纤光栅温湿度传感器, 以光纤布拉格光栅(FBG)作为温敏器件, 并在光纤包层外镀40 nm厚的银纳米薄膜, 以聚乙烯醇(PVA)作为湿敏薄膜, 通过观测共振峰的偏移以及光纤光栅中心反射波长的偏移来实现对周围环境温湿度变化的监测。实验结果表明, 该传感器在温度20℃~70℃范围内, 灵敏度达到0.020 3nm/℃; 在相对湿度30%RH~80%RH范围内, 平均灵敏度达到-0.99nm/%RH。该传感器稳定性好, 交叉敏感性弱, 可在多场景中广泛应用。
光纤光栅 表面等离子体共振效应 湿度传感 温度传感 fiber grating surface plasmon resonance effect humidity sensing temperature sensing 
量子光学学报
2023, 29(3): 030901
作者单位
摘要
广东工业大学 机电工程学院,广州 510006
提出了一种基于聚乙烯醇(PVA)涂覆的U型超细光纤湿度传感器。光纤熔融拉锥机将单模光纤拉制成微米级的超细光纤,采用滴涂法将PVA溶液均匀的涂覆在光纤表面。为了减小传感器体积使其便于测量,将超细光纤固定为U型。实验发现,未涂覆PVA时,U型传感器的湿度灵敏度极低;涂覆PVA后,传感器在34%RH~90%RH的检测范围内湿度灵敏度高达146.1 pm/%RH。温度实验表明,传感器在40 ~80 范围内温度灵敏度为15.8 pm/。该传感器制备过程简单、灵敏度高、便于携带、成本低、温度串扰影响较小,在湿度检测领域有广泛的应用前景。
超细光纤 U型 聚乙烯醇 温度 湿度 Microfiber U-shaped Polyvinyl alcohol Temperature humidity 
光子学报
2023, 52(12): 1206002
作者单位
摘要
1 厦门大学 仪器与电气系,福建厦门36000
2 厦门理工学院 机械与汽车工程学院,福建厦门361000
三维导电结构的低温、高结合力直写喷印是柔性电子复合器件制造应用所面临的挑战。本文基于银氨络合机理制备出可用于三维导电结构成型的无颗粒直写溶液,克服了金属颗粒团聚的问题,做到了长期保存。50 ℃低温烧结条件下,银氨络合溶液制备的导电纤维与银纳米颗粒溶液制备的导电纤维相比导电性能优异,电阻低至365 Ω/mm。银氨络合溶液直写制备的纤维结构与柔性基底之间有着强附着性,并具备良好的自堆叠特性,可以通过调节纤维堆叠层数在10层到50层变化,控制导电纤维的电阻在6.7~34.1 Ω/mm范围内改变。在不同饱和盐溶液建立的湿度环境下,对基于银氨络合溶液设计的湿度传感器进行测试,传感器展现出良好的湿度响应性能,迟滞低至3.2%,同时在湿度循环变化下实时响应效果优良。无颗粒直写溶液在制备柔性电子产品方面有着可观的前景,并且在运动检测和健康管理等领域有广泛的应用。
电纺直写 银氨络合 低温烧结 湿度传感器 electrohydrodynamic direct writing silver ammonia complexation low temperature sintering humidity sensor 
光学 精密工程
2023, 31(22): 3279
作者单位
摘要
浙江科技学院信息与电子工程学院,浙江 杭州 310023
提出一种太赫兹(THz)超构材料的湿度传感器,可用于测量4%~76.1%范围内的空气湿度。该湿度传感器由周期排列的哑铃型不锈钢孔构成,其工作波段位于太赫兹波段。仿真结果表明,该传感器具有较高的折射率灵敏度。为进一步提高对湿度的灵敏度,还选择对水分子较敏感的丝素蛋白作为湿敏材料,将其涂覆于传感器表面。研究表明,该传感器的湿度灵敏度仿真和实验结果分别为0.20 GHz/%和0.11 GHz/%,高于已有报道的一些超构材料湿度传感器。
材料 超材料 湿度传感器 太赫兹 丝素蛋白 
光学学报
2023, 43(19): 1916001
Songya Cui 1,2†Yuyao Lu 1†Depeng Kong 1Huayu Luo 1[ ... ]Kaichen Xu 1,*
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems, School of Mechanical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310030, China
2 School of Information and Electrical Engineering, Hangzhou City University, Hangzhou 310015, China
Flexible and wearable humidity sensors play a vital role in daily point-of-care diagnosis and noncontact human-machine interactions. However, achieving a facile and high-speed fabrication approach to realizing flexible humidity sensors remains a challenge. In this work, a wearable capacitive-type Ga2O3/liquid metal-based humidity sensor is demonstrated by a one-step laser direct writing technique. Owing to the photothermal effect of laser, the Ga2O3-wrapped liquid metal particles can be selectively sintered and converted from insulative to conductive traces with a resistivity of 0.19 Ω·cm, while the untreated regions serve as active sensing layers in response to moisture changes. Under 95% relative humidity, the humidity sensor displays a highly stable performance along with rapid response and recover time. Utilizing these superior properties, the Ga2O3/liquid metal-based humidity sensor is able to monitor human respiration rate, as well as skin moisture of the palm under different physiological states for healthcare monitoring.
laser direct writing liquid metal humidity sensors flexible electronics wearable sensors 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(7): 220172
作者单位
摘要
1 上海航天控制技术研究所,上海 201109
2 中国航天科技集团有限公司 红外探测技术中心,上海 201109
为了能有效评估中长波复合探测识别低特征水面飞行器目标的优势,通过建立某飞行器不同探测角度红外辐射模型,采用光线追迹结合反向蒙特卡洛法计算获得了其不同探测角度下中长波红外的辐射强度。同时基于侧迎头辐射强度计算结果,对海洋环境降雨、海雾等特殊条件下中长波探测差异进行了对比分析,并且通过实际外场复杂海背景下弱小目标探测试验等手段,获取了不同距离下中长波探测数据,统计分析了目标与海背景的等效温差变化。通过上述工作统计分析了中波和长波波段在不同气候海背景条件下的优势和劣势,充分验证了中长波复合探测技术的优势。
水面飞行器 中长波红外 高温高湿 作用距离 surface aircraft medium and long wave high temperature and high humidity operation range 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220807
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏 南京 210044
本文提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的温湿度传感器,利用包层腐蚀将纤芯光耦合进包层,并在光纤外侧涂覆二甲基硅氧烷(PDMS)和聚乙烯醇(PVA),以实现环境温度和相对湿度双参量测量。实验结果表明:所提出的传感器具有良好的温湿度响应特性,在20~70 ℃温度范围内的平均灵敏度达到-2.01 nm/℃,在30%~78%相对湿度范围内的平均灵敏度达到-4.36 nm/%。该传感器具有灵敏度高、稳定性好、交叉敏感性低等优点,可以广泛应用于温湿度传感领域。
传感器 光纤传感 单模光纤 表面等离子体共振 温湿度传感 
中国激光
2023, 50(14): 1410001

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