CN111257613B - 基于手性电磁场的荧光传感器及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于手性电磁场的荧光传感器及***，主要涉及电流测量领域。该荧光传感器包括：光接收器、聚焦透镜、第一金属结构、第二金属结构、荧光分子层、石墨烯层、热敏感层和半圆柱形透镜，当需要对待测电流进行测量的时候，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜对该第二金属结构进行照射，在该第一金属结构和第二金属结构之间产生手性电磁场，并将待测电流的正负极分别与该第一电极和第二电极进行电连接，该石墨烯层通电受热，使得该热敏感层受热产生形变，进而使得第一金属结构和第二金属结构之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层激发的荧光信号，通过该光接收器荧光信号改变的测量检测准确得到该电流的强度。
Description
技术领域
本发明涉及电流测量领域，主要涉及一种基于手性电磁场的荧光传感器及***。
背景技术
现有技术中对于电流的测量，一般是采用电学器件，常用的测电流器件有电流表、电压表和功率表，电流表、电压表和功率表均是通过电流、电压、电功率和电阻之间的关系完成对电流、电压和电功率的测量，测量结束后通过电学公式计算，得到所需电流。
但是现有技术中的电流表、电压表和功率表中都存在电阻，电阻在使用一段时间之后会氧化，使得电阻的阻值发生改变，从而使得计算得到的电流产生误差，进而使得对电流的测量不准确。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种手性电磁场的荧光传感器及***，以解决现有技术中的电流表、电压表和功率表中都存在电阻，电阻在使用一段时间之后会氧化，使得电阻的阻值发生改变，从而使得计算得到的电流产生误差，进而使得对电流的测量不准确的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种基于手性电磁场的荧光传感器，荧光传感器包括：光接收器、聚焦透镜、第一金属结构、第二金属结构、荧光分子层、石墨烯层、热敏感层和半圆柱形透镜；第一金属结构和第二金属结构分部包括多个金属单元；半圆柱形透镜层平面一侧紧贴设置有热敏感层，热敏感层靠近半圆柱形透镜层的一侧镶嵌有第二金属结构，热敏感层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有石墨烯层，石墨烯层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有荧光分子层，荧光分子层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有第一金属结构，第一金属结构远离半圆柱形透镜的一侧设置有聚焦透镜，聚焦透镜远离第一金属结构的一侧设置有光接收器，石墨烯层两侧分别设置有第一电极和第二电极。
可选的，该热敏感层的材料为热敏感材料。
可选的，该第一金属结构和第二金属结构的金属单元的形状和尺寸均相同。
可选的，该第一金属结构和第二金属结构的金属单元为尺寸相同的圆盘形。
可选的，该第一金属结构的多个金属单元与第二金属结构的多个金属单元对应设置。
可选的，该第一金属结构的每个金属单元与第二金属结构的相对应的每个金属单元的中垂线之间的水平距离大于两个相邻金属单元间隔的一半距离。
可选的，该荧光传感器还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层紧贴设置在第一金属结构远离半圆柱形透镜的一侧。
可选的，该第一金属结构和第二金属结构的金属单元的材料均为贵金属材料。
第二方面，本申请还提供一种基于手性电磁场的荧光传感***，荧光传感***包括电源和第一方面任意一项的荧光传感器，电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接。
本发明的有益效果是：
本申请提供的基于手性电磁场的荧光传感器包括：光接收器、聚焦透镜、第一金属结构、第二金属结构、荧光分子层、石墨烯层、热敏感层和半圆柱形透镜，第一金属结构和第二金属结构分部包括多个金属单元；半圆柱形透镜层平面一侧紧贴设置有热敏感层，热敏感层靠近半圆柱形透镜层的一侧镶嵌有第二金属结构，热敏感层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有石墨烯层，石墨烯层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有荧光分子层，荧光分子层远离半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有第一金属结构，第一金属结构远离半圆柱形透镜的一侧设置有聚焦透镜，聚焦透镜远离第一金属结构的一侧设置有光接收器，石墨烯层两侧分别设置有第一电极和第二电极，当需要对待测电流进行测量的时候，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜对该第二金属结构进行照射，在该第一金属结构和第二金属结构之间产生手性电磁场，并将待测电流的正负极分别与该第一电极和第二电极进行电连接，该石墨烯层通电受热，使得该热敏感层受热产生形变，使得该第一金属结构和第二金属结构之间的距离发生改变，进而使得第一金属结构和第二金属结构之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层激发的荧光信号，通过该光接收器荧光信号改变的测量检测准确得到该电流的强度，并且该荧光传感器不包含电子元件，不存在电子元件老化问题，使得该荧光传感器的使用寿命较长，并且通过手性电磁场的改变对荧光信号产生的影响的测量得到待测电流强度，将电学问题转化为光学问题，增加了测量电流强度的准确性。
本申请提供的基于手性电磁场的荧光传感***，荧光传感***包括电源和荧光传感器，电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接，可以实现对外界温度的测量，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜对该第二金属结构进行照射，在该第一金属结构和第二金属结构之间产生手性电磁场，并将电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接，由于电源的电流强度不变，则外界环境温度改变，使得该热敏感层受热产生形变，使得该第一金属结构和第二金属结构之间的距离发生改变，进而使得第一金属结构和第二金属结构之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层激发的荧光信号，通过该光接收器接收道德荧光信号改变情况，就可以得到准确的该石墨烯层的温度变化情况，该石墨烯层的温度变化情况就是该外界环境温度量；并且该荧光传感***不包含电子元件，不存在电子元件老化问题，使得该荧光传感***的使用寿命较长，并且通过手性电磁场的改变对荧光信号产生的影响的测量得到待测环境温度，通过光学实现对环境温度的测量光学问题，增加了测量环境温度的准确性。
附图说明
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，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为发明实施例提供的一种基于手性电磁场的荧光传感器的结构示意图；
图2为发明实施例提供的另一种基于手性电磁场的荧光传感器的结构示意图。
图标：10-光接收器；20-聚焦透镜；30-第一金属结构；40-荧光分子层；50-石墨烯层；60-热敏感层；70-第二金属结构；80-半圆柱形透镜；90-第二石墨烯层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
图1为发明实施例提供的一种基于手性电磁场的荧光传感器的结构示意图，如图1所示，本申请提供一种基于手性电磁场的荧光传感器，荧光传感器包括：光接收器10、聚焦透镜20、第一金属结构30、第二金属结构70、荧光分子层40、石墨烯层50、热敏感层60和半圆柱形透镜80；第一金属结构30和第二金属结构70分部包括多个金属单元；半圆柱形透镜80层平面一侧紧贴设置有热敏感层60，热敏感层60靠近半圆柱形透镜80层的一侧镶嵌有第二金属结构70，热敏感层60远离半圆柱形透镜80的一侧紧贴设置有石墨烯层50，石墨烯层50远离半圆柱形透镜80的一侧紧贴设置有荧光分子层40，荧光分子层40远离半圆柱形透镜80的一侧紧贴设置有第一金属结构30，第一金属结构30远离半圆柱形透镜80的一侧设置有聚焦透镜20，聚焦透镜20远离第一金属结构30的一侧设置有光接收器10，石墨烯层50两侧分别设置有第一电极和第二电极。
该光接收器10和该聚焦透镜20之间存在一定间距，该聚焦透和该第一金属结构30之间存在一定的间距，该第一金属结构30、第二金属结构70、荧光分子层40、石墨烯层50、热敏感层60和半圆柱形透镜80紧贴设置，且该光接收器10、聚焦透镜20、第一金属结构30、第二金属结构70、荧光分子层40、石墨烯层50、热敏感层60和半圆柱形透镜80的中线在同一条直线上，若将该光接收器10设置在最高位置，则该半圆柱形透镜80则设置在最低位置，在使用该荧光传感器的时候，使用圆偏振光对该半圆柱形透镜80进行照射，使得该圆偏振光依次透过该半圆柱形透镜80、第二金属结构70、热敏感层60、石墨烯层50、荧光分子层40第一金属结构30层，该第一金属结构30层和第二金属结构70层之间形成手性电磁场，荧光分子层40在圆偏振光的激发下产生荧光信号，并向外散发荧光，由于该荧光分子层40的一侧被石墨烯层50阻挡，则产生的荧光只能向该聚焦透镜20方向散发，并且将荧光分子设置在第一金属结构30和第二金属结构70之间，此处电场强，有利于产生信号强度更大的荧光，降低探测的难度，该石墨烯层50可以是透明石墨烯膜。在第一金属结构30和第二金属结构70之间设置石墨烯层50，当该热敏感层60的厚度发生改变的时候，将手性电磁场限制在该第一金属结构30和第二金属结构70之间，有利于产生的更强的荧光信号，降低探测的难度，该光接收器10可以是光谱仪，以光谱的形式接收荧光，从而可以测量更小的信号，相比于传统的传感器灵敏度更高；当需要对待测电流进行测量的时候，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜80对该第二金属结构70进行照射，在该第一金属结构30和第二金属结构70之间产生手性电磁场，并将待测电流的正负极分别与该第一电极和第二电极进行电连接，该石墨烯层50通电受热，使得该热敏感层60受热产生形变，使得该第一金属结构30和第二金属结构70之间的距离发生改变，进而使得第一金属结构30和第二金属结构70之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层40激发的荧光信号，通过该光接收器10荧光信号改变的测量检测准确得到该电流的强度，并且该荧光传感器不包含电子元件，不存在电子元件老化问题，使得该荧光传感器的使用寿命较长，并且通过手性电磁场的改变对荧光信号产生的影响的测量得到待测电流强度，将电学问题转化为光学问题，增加了测量电流强度的准确性；另外，石墨烯层50可以通过通电后产生的热量，使得热敏感层60的厚度发生变化，调节第一金属结构30和第二金属结构70之间的手性电磁场，从而调节荧光信号。由于第一金属结构30和第二金属结构70间距的变化可以通过石墨烯提供的热量微小的调节，因此增加了荧光传感器的灵敏度。入射光的角度和石墨烯层50通电的大小都可以间隔均匀的调节，因此可以均匀微小的调节荧光的强度，需要说明的是，该光接收器10、聚焦透镜20、第一金属结构30、第二金属结构70、荧光分子层40、石墨烯层50、热敏感层60和半圆柱形透镜80可以设置在壳体中，且设置在同一水平面，还可以设置在一基底上，该基地为水平面。
名词解释，圆偏振光为旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。当传播方向相同，振动方向相互垂直且相位差恒定为
的两平面偏振光叠加后可合成电矢量有规则变化的圆偏振光，圆偏振光包括：左圆偏振光和右圆偏振光。
可选的，该热敏感层60的材料为热敏感材料。
该热敏感层60的材料为热膨胀材料，即热敏感材料，该热膨胀材料预热膨胀，该热膨胀材料的热膨胀系数，根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。
可选的，该第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元的形状和尺寸均相同。
该第一金属结构30和第二金属结构70均可以为圆形、方形或球形，在此不做具体限定。
可选的，该第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元为尺寸相同的圆盘形。
第一金属结构30和第二金属结构70为尺寸相同的圆盘结构，激发光从左下侧照射或者从右下侧照射，在该第一金属结构30和第二金属结构70之间产生的手性电磁场是相同的。
可选的，该第一金属结构30的多个金属单元与第二金属结构70的多个金属单元对应设置。
第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元均一一对应，也就是说，第一金属结构30中每个金属单元与第二金属结构70中的每个金属单元均形状相同、尺寸相同，第一金属结构30的每个金属单元与第二金属结构70中相对应的金属单元的中线在一条直线上，这样圆偏振光从不同的侧面照射，产生的手性电磁场相同，有利于应用，不用标记特殊的入射面。
可选的，该第一金属结构30的每个金属单元与第二金属结构70的相对应的每个金属单元的中垂线之间的水平距离大于两个相邻金属单元间隔的一半距离。
该第一金属结构30与第二金属结构70中的金属单元不是一一对应设置，第一金属结构30中的金属单元与第二金属结构70中对应的金属单元相互错开，且错开的长度大于两个相邻金属单元间隔的一半距离，如此一来，从半圆柱形透镜80的左侧或者右侧激发，产生的手性电磁场不同，当测试电流时，利用同样的结构可以实现多次测量，提高测量的准确度。
图2为发明实施例提供的另一种基于手性电磁场的荧光传感器的结构示意图，如图2所示，可选的，该荧光传感器还包括第二石墨烯层90，第二石墨烯层90紧贴设置在第一金属结构30远离半圆柱形透镜80的一侧。
该可选的，该第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元的材料均为贵金属材料。
该第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元的材料可以为金、还可以为银，还可以为多种贵金属组合形成的混合金属，在此在不做具体限定，若该第一金属结构30和第二金属结构70的金属单元为多种贵金属组成的混合贵金属，则混合贵金属比例不做具体限定。
本申请提供的基于手性电磁场的荧光传感器，当需要对待测电流进行测量的时候，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜80对该第二金属结构70进行照射，在该第一金属结构30和第二金属结构70之间产生手性电磁场，并将待测电流的正负极分别与该第一电极和第二电极进行电连接，该石墨烯层50通电受热，使得该热敏感层60受热产生形变，使得该第一金属结构30和第二金属结构70之间的距离发生改变，进而使得第一金属结构30和第二金属结构70之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层40激发的荧光信号，通过该光接收器10荧光信号改变的测量检测准确得到该电流的强度，并且该荧光传感器不包含电子元件，不存在电子元件老化问题，使得该荧光传感器的使用寿命较长，并且通过手性电磁场的改变对荧光信号产生的影响的测量得到待测电流强度，将电学问题转化为光学问题，增加了测量电流强度的准确性。
本申请还提供一种基于手性电磁场的荧光传感***，荧光传感***包括电源和第一方面上述任意一项的荧光传感器，电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接。
本申请提供的基于手性电磁场的荧光传感***，荧光传感***包括电源和荧光传感器，电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接，可以实现对外界温度的测量，使用圆偏振光通过该半圆柱形透镜80对该第二金属结构70进行照射，在该第一金属结构30和第二金属结构70之间产生手性电磁场，并将电源的正负极分别与荧光传感器的第一电极和第二电极电连接，由于电源的电流强度不变，则外界环境温度改变，使得该热敏感层60受热产生形变，使得该第一金属结构30和第二金属结构70之间的距离发生改变，进而使得第一金属结构30和第二金属结构70之间的手性电磁场发生改变，进而改变该荧光分子层40激发的荧光信号，通过该光接收器10接收道德荧光信号改变情况，就可以得到准确的该石墨烯层50的温度变化情况，该石墨烯层50的温度变化情况就是该外界环境温度量；并且该荧光传感***不包含电子元件，不存在电子元件老化问题，使得该荧光传感***的使用寿命较长，并且通过手性电磁场的改变对荧光信号产生的影响的测量得到待测环境温度，通过光学实现对环境温度的测量光学问题，增加了测量环境温度的准确性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述荧光传感器包括：光接收器、聚焦透镜、第一金属结构、第二金属结构、荧光分子层、石墨烯层、热敏感层和半圆柱形透镜；所述第一金属结构和所述第二金属结构分别包括多个金属单元；所述半圆柱形透镜平面一侧紧贴设置有所述热敏感层，所述热敏感层靠近所述半圆柱形透镜的一侧镶嵌有所述第二金属结构，所述热敏感层远离所述半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有所述石墨烯层，所述石墨烯层远离所述半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有所述荧光分子层，所述荧光分子层远离所述半圆柱形透镜的一侧紧贴设置有所述第一金属结构，所述第一金属结构远离所述半圆柱形透镜的一侧设置有所述聚焦透镜，所述聚焦透镜远离所述第一金属结构的一侧设置有所述光接收器，所述石墨烯层两侧分别设置有第一电极和第二电极。
2.根据权利要求1所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述热敏感层的材料为热敏感材料。
3.根据权利要求1所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述第一金属结构和所述第二金属结构的所述金属单元的形状和尺寸均相同。
4.根据权利要求3所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述第一金属结构和所述第二金属结构的所述金属单元为尺寸相同的圆盘形。
5.根据权利要求4所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述第一金属结构的多个所述金属单元与所述第二金属结构的多个所述金属单元对应设置。
6.根据权利要求4所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，第一金属结构中的金属单元与第二金属结构中对应的金属单元相互错开，且错开的长度大于两个相邻金属单元间隔的一半距离。
7.根据权利要求1所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述荧光传感器还包括第二石墨烯层，所述第二石墨烯层紧贴设置在所述第一金属结构远离所述半圆柱形透镜的一侧。
8.根据权利要求1所述的基于手性电磁场的荧光传感器，其特征在于，所述第一金属结构和所述第二金属结构的金属单元的材料均为贵金属材料。
9.一种基于手性电磁场的荧光传感***，其特征在于，所述荧光传感***包括电源和权利要求1-8任意一项所述的荧光传感器，所述电源的正负极分别与所述荧光传感器的第一电极和第二电极电连接。
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2020
- 2020-03-24 CN CN202010213469.9A patent/CN111257613B/zh not_active Expired - Fee Related
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| 电磁参数测试技术研究进展;丁世敬等;《防护工程》;20151231;第37卷(第6期);第70-78页 * |
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