DOI: 10.3390/polym14102110

本研究描述了一种用于温度测量的静电纺丝U型光纤传感器的制造。该传感器以单模纤维为基础，通过火焰加热形成U型光纤传感器。本研究应用静电纺丝技术将聚合物PVA涂覆到传感器层上，以降低其湿度敏感性。将所制备的传感器用于测量30℃-100℃范围内的温度变化。本工作旨在分析由不同静电纺丝时间制备的具有不同传感层厚度的传感器的灵敏度变化，并且使用COMSOL模拟在不同静电纺丝持续时间条件下产生的波长信号。结果表明，传感器的最大波长灵敏度、传输损耗灵敏度和线性度分别为25dBm/℃、70pm/℃和0.956。更长的静电纺丝持续时间会带来更厚的传感器层和更高的传感器灵敏度，传感器的波长灵敏度增加了42%。

图1.（a）通过火焰加热制造U形光纤的示意图；（b）UV固化和封装工艺示意图。

图2.将PVA层静电纺丝到传感器上的示意图。

图3.不同静电纺丝时间下形成的静电纺丝U形光纤样品（a）：5分钟，直径=3448µm；（b）10分钟，直径=2514µm；（c）15分钟，直径=2988µm；（d）U形纤维的光学显微镜（OM）图像；（e）电纺纤维的SEM图像；（f）SEM图像显示电纺PVA纤维涂覆后的纤维形态。

图4.温度实验装置。将电纺PVA涂覆U形光纤传感器连接到ASE和OSA，并放入带有k型热电偶的加热炉中。

图5.（a）光纤模型和（b）网格分析。

图6.不同静电纺丝持续时间下电纺PVA涂覆传感器产生的光谱：（a）5分钟、（b）10分钟和（c）15分钟。

图7.在COMSOL中模拟的传感器光谱，静电纺丝持续时间分别为（a）5分钟、（b）10分钟和（c）15分钟。

图8.在COMSOL中模拟的传感器能量场，静电纺丝持续时间分别为（a）5分钟、（b）10分钟和（c）15分钟。

图9.（a）5分钟、（b）10分钟和（c）15分钟静电纺丝时间产生的光谱；（d）5分钟、（e）10分钟和（f）15分钟静电纺丝持续时间下的光谱分析及误差条。

图10.静电纺丝持续时间-灵敏度关系图。