光纤传感技术探讨研究团队在Sensors and Actuators B： Chemical期刊（中科院一区Top IF：7460）发表基于光纤中前向布里渊散射机制的传感应用研究成果

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  在相对湿度传感领域中，由于相对湿度与环境和温度有很强的关联性，同时测量和区分相对湿度这两个参量至关重要，尤其在工业、食品安全质量、健康管理、人体舒适性等许多应用领域中，环境和温度对相对湿度的准确测量有着重要影响。，基于不同技术原理的相对湿度传感系统中，由其他因素引起的串扰效应（大多数情况下为环境和温度）会不可避免地影响和降低相对湿度的测量精度。因此在保证传感系统具有较高的相对湿度灵敏度的同时，开发出既能检测相对湿度又能准确感知周围环境和温度的多参量湿度传感系统显得很迫切。基于光纤传感技术的解决方案因光纤的独特优势而受到广泛的关注和研究，如尺寸小、响应快、灵敏度较高、耐腐蚀、重量轻、抗电磁干扰和远程操作能力等。当前，大多数最先进的光纤相对湿度因为其中的主要组成材料二氧化硅不是一种显著吸湿的物质。为了更好的提高对周围湿度变化的敏感性，需要在光纤传感器的关键传感元件上添加额外的吸湿材料。典型吸湿材料包括但不限于聚醋酸乙烯酯、聚酰亚胺、聚丙烯酰胺、乙酸丁酸纤维素、壳聚糖、，但这一些器件要么具有较低的湿度灵敏度，要么没办法实现湿度与温度的区分检测，还有的成本比较高，制备过程复杂，并且物理强度弱，在较恶劣环境下的耐久度低等缺点。

  在这项工作中，我们提出并论证了一种利用聚酰亚胺覆层单模光纤中前向布里渊散射（Forward Brillouin Scattering, FBS）机制来同时测量相对湿度和温度的全新传感方案。除了一段商用聚酰亚胺覆层单模光纤外，不再需要复杂的吸湿材料涂层工艺或光纤微器件的精细制造。与先前报道的许多易碎微结构光纤相对湿度传感器不同，该传感器具备优秀能力的机械强度，因没有对聚酰亚胺涂层光纤进行微加工。此外，聚酰亚胺涂层光纤具有耐高温的特性，可被大范围的使用在恶劣环境传感。该方案提出的同时测量技术是基于聚酰亚胺覆层光纤中FBS机制引起的共振光谱峰的频移和线宽变化对相对湿度和温度的不同响应来实现的。光纤中光声相互作用驱动的FBS会产生横向或周向传播的横向声波，该声波在二氧化硅-聚酰亚胺边界处发生反弹。因此，反映边界条件的反射声波特性可用于量化环境参数变化。所提出的传感方案的相对湿度测量的基础原理是，聚酰亚胺纤维的吸湿涂层在相对湿度变化的情况下经历一个可逆的吸水或解吸过程，因此导致聚酰亚胺层的声学性能变化。通过光纤硅芯和包层区域中的FBS激发的径向或扭转声波将在硅石-聚酰亚胺边界处反弹，其声波特性同时发生改变。因此，在光纤的FBS光谱中可以观察到诸如线宽变化和共振峰的中心频率偏移等光谱变化。气温变化也会导致FBS光谱在频率位移和共振峰线宽方面发生光谱变化，但灵敏度与相对湿度的测量结果不同。实验根据结果得出，该传感器可以在一定程度上完成高灵敏度相对湿度测量，相对湿度相关的中心频移和线kHz/%RH。在同步传感试验中，相对湿度和温度分别以1.651%RH和0.279oC的小标准偏差成功区分。因此，所提出的传感方案被证明是一种优异的相对湿度和温度传感技术，可以通过同时测量方法有效消除两个参数之间的不利串扰效应。该传感器被认为是一种可靠、耐用、简单、实用的同时测量相对湿度和温度的装置，具有潜在的实用商用价值。