CN105371981A - 内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内壁镀银式的液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器，属于光纤传感技术领域。该传感器采用内部镀银的空心玻璃光纤，在镀银光纤内部填充液晶的结构；空心玻璃光纤的内径为300μm-500μm、数值孔径不低于0.27、长度在30mm-50mm；对空心光纤内壁敏化处理，采用液相化学沉积法在光纤内部沉积45nm-80nm的均匀银膜，形成表面等离子体共振的传感层；将热致列向液晶填充入空心光纤中，光纤端口处分别耦合塑料包层多模光纤，封端处理。实现实时动态监测微小温度变化，适合长距离传输；采用特殊内壁镀银的技术工艺并将热致液晶填充入空心光纤，避免了实心光纤表面等离子体共振传感器外部银层的氧化。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种内壁镀银式的液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器。
背景技术
目前的温度传感器多采用热敏电阻和热电偶作为传感元件，该类传感器灵敏度低、测量误差大、易受环境干扰，难以在生化等领域广泛应用；而光纤温度传感器大多依靠其他敏感元件实现调制功能，该类传感器存在光纤与传感头耦合问题，结构复杂，对机械振动等扰动过于敏感；目前虽有基于表面等离子体共振原理的光纤温度传感器，但是多采用实心光纤反射式探针结构，结构复杂、响应时间长，检测的精确度也较差；而填充液晶光子晶体光纤温度传感器虽有报道，但是由于光子晶体光纤内部孔径狭小，填充难度大，制作成本高昂等因素的影响很难广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种内壁镀银式的液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器，能够实现实时动态监测微小温度变化，适合长距离传输；采用特殊内壁镀银的技术工艺并将热致液晶填充入空心玻璃光纤，避免了实心光纤表面等离子体共振传感器外部银层的氧化；采用光纤跳线传输信号，避免了棱镜耦合式表面等离子体共振传感器的复杂结构，实现长距离抗干扰传输；通过液晶折射率对温度变化响应的特性，实现传感器对于温度的实时响应过程。
本发明所采用的技术方案是：
一种内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器，该传感器采用空心玻璃光纤结构，空心玻璃光纤的内部镀银，在镀银的空心玻璃光纤内部填充液晶；采用液相化学沉积法在内壁敏化处理后的空心玻璃光纤内部沉积45-80nm银膜，形成表面等离子体共振的传感层；再将热致向列液晶填充入空心玻璃光纤中，在空心玻璃光纤的两个端口处耦合塑料包层多模光纤，对两端口封端处理；其中塑料包层多模光纤的纤芯直径与空心玻璃光纤内径一致；空心玻璃光纤的内径为300μm-500μm、数值孔径不低于0.27和长度为30mm-50mm。
采用多模光纤跳线进行信号的耦合传输。光纤光源发射的宽谱光经光纤跳线的一支进入内壁镀银式的液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器，在传感通道液晶内和内壁镀银薄膜界面激发表面等离子体共振，传感信号通过液晶内部传输到传感器另一端，经跳线一支耦合到光谱仪CCD上进行探测。
本发明的效果和益处是：
采用较为简单的液相化学沉积法实现了空心光纤的内壁镀银技术，通过调控温度变化，实现液晶折射率对于温度的响应，从而实现表面等离子体共振信号的快速响应。本传感器结构小巧简单、性能稳定、工艺简单、制作方便且成本较低，并对传感检测具有较高的灵敏度。采用液晶温度传感，可排除磁场等环境干扰因素影响，实现长距离实时快速的温度响应。
附图说明
附图是内壁镀银式的液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器结构示意图。
图中：1塑料包层多模光纤；2银膜；3液晶；4空心玻璃光纤。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明以表面等离子体共振作为传感原理，该效应的产生依赖于宽谱光源，目的是在光纤中实现波长调制方式的传感检测。液晶作为传感介质，具有折射率随温度变化的特性；通过表面等离子体共振效应对于折射率的响应，反应温度的变化情况。为了增强信号强度、优化传感性能，制作传感器的空心光纤选择大内径毛细管。本发明采用的空心光纤光纤内径500μm、外径700μm、数值孔径0.37。塑料包层多模光纤纤芯、包层、涂覆层直径分别为500μm、530μm、830μm，数值孔径0.37。液晶采用列向热致型液晶4'-正戊基-4-氰基联苯(5CB)。
本发明的制备过程如下：
(1)首先取一段50mm的空心玻璃光纤，将空心玻璃光纤的两个端面用砂纸磨平，用乙醇、丙酮、二氯甲烷溶液依次多次超声清洗后，氮气吹干备用。
(2)将空心玻璃光纤连接至蠕动泵上，依次通入敏化液和去离子水；采用液相沉积镀膜方法将银膜沉积在空心玻璃光纤内壁；精确控制银镜反应的时间和温度保证镀膜厚度约为50nm。
(3)取两段80mm塑料包层多模光纤，分别剥去两端得涂覆层，再将光纤的端面用砂纸磨平，用乙醇、丙酮、二氯甲烷溶液依次多次超声清洗后，氮气吹干备用。
(4)液晶通过蠕动泵填充入已经镀有银膜的空心玻璃光纤中，将处理好的塑料包层多模光纤分别接入两端口后封端处理，防止液晶流出。
(5)将上述结构接入多模光纤跳线进行信号的耦合传输，一端连接宽谱光源，另一端连接光谱仪CCD上进行探测。
Claims (3)
1.一种液晶填充内壁镀银的空心光纤表面等离子体共振温度传感器，其特征在于，该传感器采用空心玻璃光纤结构，空心玻璃光纤的内部镀银，在镀银的空心玻璃光纤内部填充液晶。
2.根据权利要求1所述的一种液晶填充内壁镀银的空心光纤表面等离子体共振温度传感器，其特征在于，采用液相化学沉积法在内壁敏化处理后的空心玻璃光纤内部沉积45-80nm银膜，形成表面等离子体共振的传感层；再将热致向列液晶填充入空心玻璃光纤中，在空心玻璃光纤的两个端口处耦合塑料包层多模光纤，对两端口封端处理；其中塑料包层多模光纤的纤芯直径与空心玻璃光纤内径一致。
3.根据权利要求1或2所述的一种液晶填充内壁镀银的空心光纤表面等离子体共振温度传感器，其特征在于，空心玻璃光纤的内径为300μm-500μm，空心玻璃光纤的数值孔径不低于0.27，空心玻璃光纤的长度为30mm-50mm。
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