一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片
技术领域
1.本发明涉及光纤传感芯片技术领域，特别是一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片及制备方法。
背景技术：2.由于外部温度、压力、振动、应变等参量的变化，光纤波导的偏振态、波长、相位等参量会直接或间接地发生相应的变化，从而通过测量参量的变化，将外界环境变化与光波导二者结合起来，通过理论与实验数据分析，实现对外界环境的传感测量。光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐高温高压、耐腐蚀的优点。随着微型加工技术、特种光纤、数据解调等交叉学科的发展，现有技术对光纤进行了结构改进，提出多种光纤传感模型，光纤传感器的种类已经达到数百种，其应用领域也越来越广泛。然而实际应用中仍然存在如下问题：
3.1、光纤传感器均为单一传感器类型，由于应用材料的差异，无法统一或复合用于一个应用背景下；
4.2、光纤所使用的为传统材料，并且光纤与所连接的fp腔直接为硬连接，从而使得传感器基底无法根据应用环境进行柔性变化，并进而使得整个光纤传感器的稳定性不好、重复性较差、灵敏度较低；
5.3、传统的光纤传感器利用熔接、拉捶、刻写光栅等技术手段对光纤进行处理，实现不同的光纤微型结构，主要应用与压力、应力和振动等工程应用，没有使用新的敏感材料以拓宽光纤传感的应用领域，特别是对于常规的温湿度测量传感器一直没有突破。
技术实现要素：6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于敏感材料的基底可调节光纤fp复合温湿度传感器及制备方法，基于敏感材料制备复合温湿度光纤传感器，极大的提升温度灵敏度和湿度灵敏特性，同时通过降低敏感材料与基底之间吸附能来达到释放悬浮敏感材料填充部分的表面预应力的方法。
7.本发明的目的在于提供一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，包括：fp型温度传感器分支探头，fp型湿度传感器分支探头以及外围电路，其中：
8.所述fp型温度传感器分支探头包括第一多模光纤(11)、第一空心毛细管(12)，其中所述第一空心毛细管(12)的一端与所述第一多模光纤(11)连接，另一端被一定长度的第一敏感材料(15)填充并封闭；所述第一空心毛细管(12)外部包覆金膜(14)；
9.所述fp型湿度传感器分支探头包括第二多模光纤(21)、第二空心毛细管(22)，其中所述第二空心毛细管(22)的一端与所述第二多模光纤(21)连接，另一端被一定长度的第二敏感材料填充并封闭；
10.所述外围电路包括将所述fp型温度传感器分支探头中和所述fp型湿度传感器分支探头中耦合的耦合电路、传感器信号传输电路、传感器信号处理电路以及传感器信号输
出电路；
11.所述第一空心毛细管(12)与所述第一敏感材料填充并封闭的一端还包括第一附加敏感薄膜(13)；所述第二空心毛细管(22)与所述第二敏感材料填充并封闭的一端还包括第二附加敏感薄膜(23)；
12.所述第一空心毛细管(12)与所述第一敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为所述第一附加敏感薄膜(13)的转移基底；所述第二空心毛细管(22)与所述第二敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为所述第二附加敏感薄膜(23)的转移基底。
13.优选的，所述第一凹凸形粗糙结构和所述第二凹凸形粗糙结构为规则形状或非规则形状，所述规则形状包括环形、方形或8字型，所述非规则形状包括半圆形或不规则凹凸表面。
14.优选的，所述fp型温度传感器分支探头中的敏感材料为聚合物聚二甲基硅氧烷。
15.优选的，所述fp型湿度传感器分支探头中的敏感材料为基质聚合物和碱金属盐形成的配合物。
16.优选的，所述第一空心毛细管(12)和所述第二空心毛细管(22)为陶瓷空心毛细管、玻璃空心毛细管或石英空心毛细管。
17.优选的，所述第一附加敏感薄膜(13)和所述第二附加敏感薄膜(23)为氧化锌膜、二氧化硅膜、二氧化钛膜或三氧化二铝膜，从而配合所述第一凹凸形粗糙结构和所述第二凹凸形粗糙结构通过力、热、光或磁的方式来调节功能基底的形变，控制凹凸形粗糙结构中形成的凹槽的深度与宽度及凹槽的形状和间距的结构参数。
18.本发明的目的还在于提供一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片制造方法，包括：
19.s1，加工fp型温度传感器分支探头；
20.s2，加工fp型湿度传感器分支探头；以及
21.s3，将所述fp型温度传感器分支探头和所述fp型湿度传感器分支探头以及外围电路进行组装。
22.作为优选的实施方式，所述s1，加工fp型温度传感器分支探头包括：
23.s11,准备加工材料和加工设备并对所述第一多模光纤进行预处理，所述加工材料包括第一多模光纤、第一空心毛细管、聚二甲基硅烷以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；对所述第一多模光纤进行预处理包括：利用银镜反应在塑料包层石英光纤的端面镀上一层金属银膜，然后插入装有酒精的玻璃管中，两端采用紫外胶进行封装；
24.s12，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域(16)，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；
25.s13，填充聚合物聚二甲基硅氧烷：取一定量热固性聚合物聚二甲基硅氧烷放入到液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入聚合物聚二甲基硅氧烷中，浸涂时间50s；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于
高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；
26.s14，熔接fbg：在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化锌薄膜，其中多孔阳极氧化锌薄膜是在高纯度的锌片基板上采用阳极氧化技术制备形成的；
27.所述s2，加工fp型湿度传感器分支探头包括：
28.s21,准备加工材料和加工设备，所述加工材料包括多模光纤、空心毛细管、基质聚合物、碱金属盐以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；
29.s22，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；
30.s23，填充基质聚合物和碱金属盐形成的配合物：取一定量热固性配合物放入到4ml液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入配合物中，浸涂时间采用光谱仪在线监测的方法对应的配合物填充系统进行控制；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；
31.s24，熔接fbg：在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化铝薄膜，其中多孔阳极氧化铝薄膜是在高纯度的铝片基板上采用阳极氧化技术制备形成的。
32.作为优选的实施方式，所述s12和所述s22包括：设置手动模式，调节多模光纤与空心毛细管的位置；执行熔接程序，多模光纤与空心毛细管熔接；在显微镜下调节所需的空心毛细管长度并对其进行切割，获得切割后的fp结构。
33.作为优选的实施方式，所述配合物填充系统包括：光源、光谱仪以及耦合器，将焊接好fp结构的一端与单模跳线相连接，然后将单模跳线接入所述耦合器，所述耦合器的两端分别连接光源与光谱仪。
34.本发明的有益效果：
35.(1)实现了温湿度的同时耦合测量，且采用工艺要求接近的微型mems传感器构造，扩大了应用场景，降低了加工成本。特别是其中的特殊凹凸结构选用机械加工或激光加工，具有结构可控、一致性良好，有利于实现探头制作的一致性；此外，探头的温度测量稳定性搞，可以很好的解决温度对湿度传感探头的串扰，有利于实现传感器的温湿度一体化测量。
36.(2)本发明中附加敏感薄膜吸附的基底为空心毛细管，但是与现有技术相比，空心毛细管的端面采用凹凸结构，并且由对力、热、光或磁等作用敏感的功能材料制成，进行膜-管界面应力的调控，通过机械增敏的方式，实现f-p探头的高响应输出。
37.(3)本发明中在空心毛细管端面设置的凹凸结构可为规则形状或非规则形状，可用于附加敏感薄膜内应力不同程度释放或附加敏感薄膜局部内应力的释放，从而实现光纤f-p探头的整体性能提升，或某特定频段内声信号响应调节。
38.(4)湿度传感器在吸湿和除湿过程中性能稳定，具有很好的重复性，同时采用的高分子材料具有较好的温度膨胀特性和温度响应性，随着温度升高会发生红移现象，提高测
量精度和稳定性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：
40.图1是本技术实施例提供的fp型温度传感器分支探头结构示意图。
41.图2是本技术实施例提供的fp型湿度传感器分支探头结构示意图
42.图3是本技术实施例提供的基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片制造方法流程图。
43.图4是本技术实施例提供的配合物填充系统结构图。
具体实施方式
44.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
45.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
46.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
47.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0048]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0049]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0050]
为了说明本技术所述的技术方案，下面通过具体实施方式来进行说明。
[0051]
如图1-2所示，本实施例提供一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，包括：fp型温度传感器分支探头，fp型湿度传感器分支探头以及外围电路，其中：
[0052]
如图1所示，fp型温度传感器分支探头包括第一多模光纤11、第一空心毛细管12，其中第一空心毛细管12的一端与第一多模光纤11连接，另一端被一定长度的第一敏感材料15填充并封闭；第一空心毛细管12外部包覆金膜14；
[0053]
如图2所示，fp型湿度传感器分支探头包括第二多模光纤21、第二空心毛细管22，其中第二空心毛细管22的一端与第二多模光纤21连接，另一端被一定长度的第二敏感材料填充并封闭；
[0054]
外围电路包括将fp型温度传感器分支探头中和fp型湿度传感器分支探头中耦合的耦合电路、传感器信号传输电路、传感器信号处理电路以及传感器信号输出电路。
[0055]
作为优选的实施方式，第一空心毛细管12与第一敏感材料填充并封闭的一端还包括第一附加敏感薄膜13；第二空心毛细管22与第二敏感材料填充并封闭的一端还包括第二附加敏感薄膜23。
[0056]
作为优选的实施方式，第一空心毛细管12与第一敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为第一附加敏感薄膜13的转移基底，第一凹凸形粗糙结构为规则形状，如环形、方形、8字型等对称形，或非规则形状，如半圆形、不规则凹凸表面；第二空心毛细管22与第二敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为第二附加敏感薄膜23的转移基底，第二凹凸形粗糙结构为规则形状，如环形、方形、8字型等对称形，或非规则形状，如半圆形、不规则凹凸表面。
[0057]
作为优选的实施方式，fp型温度传感器分支探头中的敏感材料为聚合物聚二甲基硅氧烷；fp型湿度传感器分支探头中的敏感材料为基质聚合物和碱金属盐形成的配合物，该配合物对力、热、光或磁等作用非常敏感。第一空心毛细管12和第二空心毛细管22为陶瓷空心毛细管、玻璃空心毛细管或石英空心毛细管。
[0058]
作为优选的实施方式，第一附加敏感薄膜13和第二附加敏感薄膜23为氧化锌膜、二氧化硅膜、二氧化钛膜或三氧化二铝膜，从而配合凹凸形粗糙结构通过力、热、光或磁的方式来调节功能基底的形变，控制凹凸形粗糙结构中形成的凹槽的深度与宽度及凹槽的形状和间距这些结构参数，进而调节悬浮于两个凹槽之上的两组附加敏感薄膜与空心毛细管之间的吸附能，实现附加敏感薄膜与空心毛细管之间的界面应力调节，优化fp探头的传感器性能。以第二空心毛细管为例，当附加敏感薄膜通过湿法转移吸附在第二空心毛细管22的端面上时，悬浮的第二附加敏感薄膜23会因为范德华力与第二空心毛细管22中心孔侧壁之间的界面吸附，在悬浮石墨烯膜内产生预应力，而第二空心毛细管22端面上的凹凸结构可降低第二附加敏感薄膜23与第二空心毛细管22之间的吸附能，从而在一定程度上释放了悬浮区第二附加敏感薄膜23表面的预应力，且凹凸结构的参数，如个数、宽度、深度或高度以及与第二空心毛细管22中心孔之间的距离与膜-管界面吸附能大小紧密相关，以此实现膜-管界面应力的调控。作为转移附加敏感薄膜23基底的空心毛细管22，由对力、热、光或磁作用敏感的功能材料制成，借助力、热、光或磁等调控方式，可调节空心毛细管的形变，实现膜-管界面应力调节。
[0059]
具体作用机理为：
[0060]
(1)温度测量：将多模光纤与空心毛细管焊接完成后，将敏感材料填充在空心毛细管中，形成一个小的凹面，在多模光纤与敏感材料之间存在一定间隔，形成空气腔，根据干涉理论获得传感器的理论fsr和理论温度灵敏度，
[0061]
(2)湿度测量：利用敏感材料制作出具有敏感材料插芯的空心毛细管，进一步在使用附加敏感薄膜的情况下通过机械加工或激光加工在薄膜吸附的空心毛细管端面上加工
出凹凸结构；同时将空心毛细管的两端面组成密闭空气腔，即作为fp腔，其中多模光纤的端面处为反射面i，敏感材料的内表面为反射面i i。光从光源发出，经过多模光纤传输到fp传感器探头时，一部分光在反射面i处发生反射，另一部分光经过空气腔传输到反射面i i处发生反射，两束反射光通过反射回到多模光纤中，形成光程差，产生干涉现象。由于光纤端面和敏感材料(本发明采用基质聚合物和碱金属盐形成的配合物)断面的反射率非常小，因此光在两个界面处的多次反射现象可以忽略不计，只需要考虑在两个界面处的反射光的影响即可。当湿度传感探头被暴露在不同的湿度环境条件下时，敏感材料会发生膨胀，使得空气腔的腔长随之发生变化，引起两束反射光的相位差发生变化，从而导致干涉光谱发生变化，fp型湿度传感器分支探头便通过基于空气腔长度的微小变化达到检测环境温度的目的。
[0062]
如图3所示，本实施例提供一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片制造方法，包括：
[0063]
s1，加工fp型温度传感器分支探头；
[0064]
s2，加工fp型湿度传感器分支探头；以及
[0065]
s3，将fp型温度传感器分支探头和fp型湿度传感器分支探头以及外围电路进行组装。
[0066]
作为优选的实施方式，s1，加工fp型温度传感器分支探头包括：
[0067]
s11,准备加工材料和加工设备并对第一多模光纤进行预处理，加工材料包括第一多模光纤(本实施例为9/125μm)、第一空心毛细管(本实施例为80/125μm)、聚二甲基硅烷以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；对第一多模光纤进行预处理包括：利用银镜反应在塑料包层石英光纤的端面镀上一层金属银膜，然后插入装有酒精的玻璃管中，两端采用紫外胶进行封装。因为酒精具有很好的热光效应，酒精的折射率会随着温度改变而变化，同时端面镀有银膜的光纤对折射率变化十分敏感，因此进一步提高温度感应灵敏度；
[0068]
s12，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域16，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；
[0069]
s13，填充聚合物聚二甲基硅氧烷：取一定量热固性聚合物聚二甲基硅氧烷放入到4ml液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入聚合物聚二甲基硅氧烷中，浸涂时间约为50s，由于毛细管吸附作用，配合物会慢慢渗透到空心毛细管中封住管口；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；本优选实施例中，配合物的填充后都为25.93微米，空气腔的长度为67.07微米；
[0070]
s14，熔接fbg：考虑到fp型湿度传感器分支探头对温度具有一定的响应性，因此，在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化锌薄膜，其中多孔阳极氧化锌薄膜是在高纯度的锌片基板上采用阳极氧化技术制备形成的。
[0071]
作为优选的实施方式，s2，加工fp型湿度传感器分支探头包括：
[0072]
s21,准备加工材料和加工设备，加工材料包括多模光纤(本实施例为9/125μm)、空
心毛细管(本实施例为80/125μm)、基质聚合物、碱金属盐(本实施例采用钾盐或钠盐)以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；
[0073]
s22，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；
[0074]
s23，填充基质聚合物和碱金属盐形成的配合物：取一定量热固性配合物放入到4ml液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入配合物中，浸涂时间采用光谱仪在线监测的方法对应的配合物填充系统进行控制(这是由于配合物具有很好的热膨胀性能，因此对于fp型传感器非常有利，填充到fp腔内的配合物不宜过多，否则会导致配合物薄膜厚度过大，同时由于管口过小，配合物吸收湿度的时间将会变长，回复性能将会变差，不利于湿度的快速响应，相比而言，温度对于配合物材料的影星是来自全方位的，所以填充量比湿度的相对要多一些，而由于切割空心毛细管的尺寸会有一定误差，因此无法单纯从时间评估填充的多少以获得相对理想的探头分支，需要采用更先进的在线监测方式配合加工过程)，本实施例约为50s，由于毛细管吸附作用，配合物会慢慢渗透到空心毛细管中封住管口；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；本优选实施例中，配合物的填充后都为25.93微米，空气腔的长度为67.07微米；
[0075]
s24，熔接fbg：考虑到fp型湿度传感器分支探头对温度具有一定的响应性，因此，在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化铝薄膜，其中多孔阳极氧化铝薄膜是在高纯度的铝片基板上采用阳极氧化技术制备形成的。
[0076]
作为优选的实施方式，较佳的熔接参数包括：
[0077]
首次放电开始强度为80，首次放电结束强度为80，首次放电时间为400ms，z推进距离为8微米，放电中心偏移为50微米。
[0078]
作为优选的实施方式，s12和s22包括：设置手动模式，调节多模光纤与空心毛细管的位置；执行熔接程序，多模光纤与空心毛细管熔接；在显微镜下调节所需的空心毛细管长度并对其进行切割，获得切割后的fp结构。
[0079]
参见图4，作为优选的实施方式，配合物填充系统包括：光源、光谱仪以及耦合器，将焊接好fp结构的一端与单模跳线相连接，然后将单模跳线接入耦合器，耦合器的两端分别连接光源与光谱仪。当将配置好的配合物液体滴入fp结构上时，由于毛细管作用，配合物液体会缓慢流入到空心毛细管中，挤压空气腔，光谱仪上会显示干涉光谱，随着填充时间的推移，光谱仪上的干涉峰会随之改变，当得到所需要的光谱时，将fp探头从配合物液体中缓慢抽出，并且用蘸有酒精的无尘纸轻轻擦拭掉探头周围多余的配合物，最后将探头放入到加热箱中恒温120摄氏度固化一小时，并且在30-120摄氏度区间以10摄氏度为一个温度梯度来回循环三次，释放内应力。通过光谱仪读取的干涉峰在不同填充时间下的图谱，获得干涉峰个数和平均自由光谱范围(fsr)，当随着时间的增加，干涉峰个数逐渐减小，自由光谱范围逐渐增大，说明配合物液体在缓慢往毛细管里面填充，fp结构内部空气腔的长度逐渐被压缩，根据干涉峰的数量和fsr来判断空气腔的长度，得到相对理想的干涉光谱。
[0080]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实
施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，包括：fp型温度传感器分支探头，fp型湿度传感器分支探头以及外围电路，其中：所述fp型温度传感器分支探头包括第一多模光纤(11)、第一空心毛细管(12)，其中所述第一空心毛细管(12)的一端与所述第一多模光纤(11)连接，另一端被一定长度的第一敏感材料(15)填充并封闭；所述第一空心毛细管(12)外部包覆金膜(14)；所述fp型湿度传感器分支探头包括第二多模光纤(21)、第二空心毛细管(22)，其中所述第二空心毛细管(22)的一端与所述第二多模光纤(21)连接，另一端被一定长度的第二敏感材料填充并封闭；所述外围电路包括将所述fp型温度传感器分支探头中和所述fp型湿度传感器分支探头中耦合的耦合电路、传感器信号传输电路、传感器信号处理电路以及传感器信号输出电路；所述第一空心毛细管(12)与所述第一敏感材料填充并封闭的一端还包括第一附加敏感薄膜(13)；所述第二空心毛细管(22)与所述第二敏感材料填充并封闭的一端还包括第二附加敏感薄膜(23)；所述第一空心毛细管(12)与所述第一敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为所述第一附加敏感薄膜(13)的转移基底；所述第二空心毛细管(22)与所述第二敏感材料填充并封闭的一端的端面具有经加工制形成的第一凹凸形粗糙结构，从而作为所述第二附加敏感薄膜(23)的转移基底。2.根据权利要求1所述的一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，所述第一凹凸形粗糙结构和所述第二凹凸形粗糙结构为规则形状或非规则形状，所述规则形状包括环形、方形或8字型，所述非规则形状包括半圆形或不规则凹凸表面。3.根据权利要求2所述的一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，所述fp型温度传感器分支探头中的敏感材料为聚合物聚二甲基硅氧烷。4.根据权利要求3所述的一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，所述fp型湿度传感器分支探头中的敏感材料为基质聚合物和碱金属盐形成的配合物。5.根据权利要求4所述的一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，所述第一空心毛细管(12)和所述第二空心毛细管(22)为陶瓷空心毛细管、玻璃空心毛细管或石英空心毛细管。6.根据权利要求5所述的一种基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片，其特征在于，所述第一附加敏感薄膜(13)和所述第二附加敏感薄膜(23)为氧化锌膜、二氧化硅膜、二氧化钛膜或三氧化二铝膜，从而配合所述第一凹凸形粗糙结构和所述第二凹凸形粗糙结构通过力、热、光或磁的方式来调节功能基底的形变，控制凹凸形粗糙结构中形成的凹槽的深度与宽度及凹槽的形状和间距的结构参数。7.一种根据权利要求6所述的基于敏感材料的基底可调光纤fp复合温湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括：s1，加工fp型温度传感器分支探头；s2，加工fp型湿度传感器分支探头；以及
s3，将所述fp型温度传感器分支探头和所述fp型湿度传感器分支探头以及外围电路进行组装。8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述s1，加工fp型温度传感器分支探头包括：s11,准备加工材料和加工设备并对所述第一多模光纤进行预处理，所述加工材料包括第一多模光纤、第一空心毛细管、聚二甲基硅烷以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；对所述第一多模光纤进行预处理包括：利用银镜反应在塑料包层石英光纤的端面镀上一层金属银膜，然后插入装有酒精的玻璃管中，两端采用紫外胶进行封装；s12，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域(16)，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；s13，填充聚合物聚二甲基硅氧烷：取一定量热固性聚合物聚二甲基硅氧烷放入到液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入聚合物聚二甲基硅氧烷中，浸涂时间50s；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；s14，熔接fbg：在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化锌薄膜，其中多孔阳极氧化锌薄膜是在高纯度的锌片基板上采用阳极氧化技术制备形成的；所述s2，加工fp型湿度传感器分支探头包括：s21,准备加工材料和加工设备，所述加工材料包括多模光纤、空心毛细管、基质聚合物、碱金属盐以及分析纯型无水乙醇；加工设备包括熔接机、高温电炉以及超景深三维显微系统；s22，熔接fp结构：利用氢氟酸对多模光纤进行刻蚀，然后将化学合成的氧化锌纳米棒修饰到刻蚀的腰椎区域，将修饰后的多模光纤与空心毛细管的涂覆层利用剥线钳剥除，然后利用蘸有酒精的无尘纸将剥去涂覆层的区域擦拭干净，利用切割刀将端面切平，最后放入熔接机中进行多次熔接，获得较佳的熔接参数；s23，填充基质聚合物和碱金属盐形成的配合物：取一定量热固性配合物放入到4ml液体管中，将熔接好的fp结构垂直插入配合物中，浸涂时间采用光谱仪在线监测的方法对应的配合物填充系统进行控制；将探头去除，用蘸有酒精的无尘纸擦拭掉探头周围多余的配合物；将探头固定在玻璃片上，并放置于高温电炉中加热固化配合物，在180摄氏度下恒温1个小时形成配合物填充的fp型结构；s24，熔接fbg：在fp型湿度传感器分支探头的多模光纤段利用紫外胶粘贴串联一个多孔阳极氧化铝薄膜，其中多孔阳极氧化铝薄膜是在高纯度的铝片基板上采用阳极氧化技术制备形成的。9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述s12和所述s22包括：设置手动模式，调节多模光纤与空心毛细管的位置；执行熔接程序，多模光纤与空心毛细管熔接；在显微镜下调节所需的空心毛细管长度并对其进行切割，获得切割后的fp结构。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述配合物填充系统包括：光源、光谱仪以及耦合器，将焊接好fp结构的一端与单模跳线相连接，然后将单模跳线接入所述耦合器，所述耦合器的两端分别连接光源与光谱仪。
技术总结本发明涉及一种基于敏感材料的基底可调光纤FP复合温湿度传感器芯片，包括：FP型温度传感器分支探头，FP型湿度传感器分支探头以及外围电路，其中：FP型温度传感器分支探头包括第一多模光纤、第一空心毛细管，其中第一空心毛细管的一端与第一多模光纤连接，另一端被一定长度的第一敏感材料填充并封闭；FP型湿度传感器分支探头包括第二多模光纤、第二空心毛细管，第二空心毛细管的一端与第二多模光纤连接，另一端被一定长度的第二敏感材料填充并封闭；第一空心毛细管与第一敏感材料填充并封闭的一端以及第二空心毛细管与第二敏感材料填充并封闭的一端分别包括第一和第二附加敏感薄膜；空心毛细管与敏感材料封闭一端的端面具有凹凸形粗糙结构。有凹凸形粗糙结构。有凹凸形粗糙结构。
技术研发人员：吴军 严红强
受保护的技术使用者：深圳市联创杰科技有限公司
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
