(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210170940.X (22)申请日 2022.02.23 (71)申请人 国网陕西省电力有限公司电力科 学 研究院 地址 710054 陕西省西安市国家民用航天 产业基地 航天中路6 69号 申请人 西安交通大 学 (72)发明人 成林　丁晖　刘健　韩春阳　 卢江平　吴健　郭安祥　蒲路　 高峰　王辰曦　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 李鹏威 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01)G01N 21/41(2006.01) (54)发明名称 一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器及 其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于光纤微球谐振器的 湿度传感器及其制备方法， 所述基于光纤微球谐 振器的湿度传感器， 包括： 玻璃毛细管， 所述玻璃 毛细管的尾端通过高温熔融烧制方式形成有微 球谐振腔； 单模光纤， 所述单模光纤的一端通过 所述玻璃毛细管的首端穿入所述玻璃毛细管并 与所述微球谐振腔的内表面接触， 形成谐振耦 合； 亲水涂覆层， 所述亲水涂覆层包覆于所述微 球谐振腔的外表面， 用于通过等效折射率的变化 引起微球谐振腔谐振光谱的变化。 本发明提供的 基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 具有耦合结 构简单、 光学结构紧凑稳固、 制作工艺简单、 测量 灵敏度高的显著特点。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114527074 A 2022.05.24 CN 114527074 A 1.一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特 征在于， 包括： 玻璃毛细 管(3‑2)， 所述玻璃毛细 管(3‑2)的尾端通过高温熔融烧制方式形成有微球谐 振腔(3‑1)； 单模光纤(3 ‑3)， 所述单模光纤(3 ‑3)的一端通过所述玻璃毛细管(3 ‑2)的首端穿入所 述玻璃毛细管(3 ‑2)并与所述微球谐振腔(3 ‑1)的内表 面接触， 形成谐振耦合； 其中， 所述单 模光纤(3 ‑3)与所述微球谐振腔(3 ‑1)接触的一端的端面垂直于光纤轴线， 所述单模光纤 (3‑3)与所述微球谐振腔(3 ‑1)接触的一端的端面用于在 入射光到达时， 通过衍射效应产生 各个方向的衍 射模式， 并以强倏逝波的形式在微球谐振腔(3 ‑1)表面传播； 亲水涂覆层(3 ‑4)， 所述亲水涂覆层(3 ‑4)包覆于所述微球谐振腔(3 ‑1)的外表面， 用于 通过等效折 射率的变化引起 微球谐振腔(3 ‑1)谐振光谱的变化。 2.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述玻 璃毛细管(3 ‑2)的内径 尺寸范围为25 0um～275um。 3.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述微 球谐振腔(3 ‑1)的直径范围为 400 μm～600 μm。 4.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述单 模光纤(3 ‑3)与所述微球谐振腔(3 ‑1)接触的一端的端面用于在 入射光到达时， 通过衍射效 应产生各个方向的衍射模式， 并以强倏 逝波的形式在微球谐振腔(3 ‑1)表面传播时， 在各衍 射模式中， 衍射模式与微球谐振腔(3 ‑1)的波导模相匹配且沿微球谐振腔(3 ‑1)传播一周的 相位延迟为2 π 的整数倍时发生谐振， 单模光纤(3 ‑3)返回谐振光谱。 5.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述亲 水涂覆层(3 ‑4)的材质为 琼脂糖或聚酰 亚胺。 6.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述亲 水涂覆层(3 ‑4)的厚度为2um～10um。 7.根据权利要求1所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器， 其特征在于， 所述基 于光纤微球谐振器的湿度传感器的静态测试灵敏度为300pm/％RH， 动态响应时间为100ms， 最小可测湿度为0.07％RH 。 8.一种湿度测量系统， 其特征在于， 采用权利要求1至7中任一项所述的基于光纤微球 谐振器的湿度传感器。 9.一种权利要求1所述的基于光纤微球谐振器的湿度传感器的制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 将玻璃毛细 管(3‑2)水平放置， 对所述玻璃毛细 管(3‑2)的尾端进行加热使尾端发生熔 融， 熔融玻璃在表面张力作用下收缩形成微球谐振腔(3 ‑1)； 将单模光纤(3 ‑3)的一端通过所述玻璃毛细管(3 ‑2)的首端穿入所述玻璃毛细 管(3‑2) 并与所述微球谐振腔(3 ‑1)的内表 面接触， 形成谐振耦合； 其中， 所述单模光纤(3 ‑3)与所述 微球谐振腔(3 ‑1)接触的一端的端面垂 直于光纤轴线； 所述单模光纤(3 ‑3)与所述微球谐振 腔(3‑1)接触的一端的端面用于在 入射光到达时， 通过衍射效应产生各个方向的衍射模式， 并以强倏逝波的形式在微球谐振腔(3 ‑1)表面传播； 采用浸渍提拉方法， 在所述微球谐振腔(3 ‑1)的外表面制 备亲水涂覆层(3 ‑4)， 获得基 于光纤微球谐振器的湿度传感器。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114527074 A 210.根据权利要求9所述的一种基于光纤微球谐振器的湿度传感器的制备方法， 其特征 在于， 所述对所述玻璃毛细管(3 ‑2)的尾端 进行加热使尾端发生熔融的步骤具体包括： 将玻璃毛细管(3 ‑2)的尾端置于酒精焰或氢氧焰下加热， 加热时均匀转动所述玻璃毛 细管(3‑2)； 其中， 通过控制加热时间、 加热长度来控制形成微球谐振腔(3 ‑1)的直径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114527074 A 3