CN208588329U - 一种新型微形变光纤spr传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，能够高灵敏度的传感装置产生的微形变，解决了传统微形变传感器的灵敏度低、传输距离近的问题。该装置由光源、单模尾纤、毛细管、渐变多模光纤和光谱仪组成；光源的光出射端与单模尾纤的接收端连接，单模尾纤的光出射端与渐变多模光纤的光接收端通过毛细管固定，毛细管的两端设置有封闭胶，渐变多模光纤的光出射端和光谱仪的光接收端连接。本实用新型采用光纤SPR传感技术能够高灵敏度的对装置产生的微形变进行传感，以光纤作为信号传输介质，具有传输距离远，能够在恶劣环境下工作的特点。

Description

一种新型微形变光纤SPR传感装置

技术领域

本实用新型涉及光纤SPR传感技术领域，更具体的说是一种新型微形变光纤SPR传感装置。

背景技术

光纤作为现代社会中一种重要的信息传输媒介，在人们的生活中起着举足轻重的作用。由于其电绝缘性好、高温高压、耐氧化、可在易燃易爆、学性质稳定、有毒等环境条件下能够工作的优点，已经成为通信、监测和医学等方面不可或缺的部分。

光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器主要是对外界环境某一物理量的变化进行感知与传输，物理量可以为温度、液体折射率、压力等，该技术在生物、医学、传感等领域的得到了广泛应用。20世纪初的1902 年，由Wood R.W教授偶然间发现了表面等离子体波，为光纤表面等离子体共振传感器的研究拉开了帷幕，目前国内的光纤SPR传感技术还处于实验室阶段。 SPR现象的影响因素包括SPR入射角度，金膜厚度等，本发明以在线传输式SPR 传感器作为基础。

微形变传感器主要用于传感桥梁、建筑物或铁轨等重要的建筑物是否产生形变，因为一些物体的形变实时威胁着人们的安全，特别是建筑物或铁轨，铁轨产生形变容易造成列车的出轨行为造成重大的交通事故，威胁着人们出行的交通安全，建筑物的形变容易造成建筑物坍塌对居民或楼下的过路人都有危险，时长有新闻讲述楼房的阳台坍塌等时间，微形变传感器的研究势在必行，通过产生的形变可以提醒人们尽快进行补救措施，传统的微形变传感器的制作需要精密和昂贵的专业设备，制作成本高，制作程序复杂；本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，该微型传感器传感灵敏度高，能够高灵敏的实现对装置外侧产生的微形变进行检测。

发明内容

本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，能够高灵敏度的传感装置产生的微形变，解决了传统微形变传感器的灵敏度低、传输距离近的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，该装置由光源、单模尾纤、毛细管、渐变多模光纤和光谱仪组成；

光源为光谱宽度450nm—1100nm的超连续谱光源，用于产生激发SPR现象的激发光；单模尾纤用于传输光源的光；毛细管用于固定单模尾纤和渐变多模光纤形成空气腔；渐变多模光纤用于接收单模尾纤的出射光，渐变多模光纤识别空气腔产生的微形变并激发SPR现象，渐变多模光纤上设置有一个除去涂覆层和包层至与纤芯交界面的传感凹槽，传感凹槽表面设置有纳米薄膜和环境液体，纳米薄膜覆在传感凹槽的底面，环境液体填满传感凹槽，光谱仪光谱宽度 450nm—1100nm，用于接收传感光谱；

光源的光出射端与单模尾纤的接收端连接，单模尾纤的光出射端与渐变多模光纤的光接收端通过毛细管固定，毛细管的两端设置有封闭胶，渐变多模光纤的光出射端和光谱仪的光接收端连接。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的纳米薄膜为金膜或银膜或其它可激发SPR现象的纳米薄膜。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的纳米薄膜为金膜，金膜厚度为50nm。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的环境液体由甘油与蒸馏水组成，折射率范围为1.33-1.385。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的渐变多模光纤光纤直径范围为50μm-100μm，数值孔径范围为 0.14-0.3。

本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置的有益效果为：

1.本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，能够高灵敏度的传感装置产生的微形变，解决了传统微形变传感器的灵敏度低、传输距离近的问题。

2.本实用新型采用光纤SPR传感技术能够高灵敏度的对装置产生的微形变进行传感。

3.本实用新型利用光纤作为信号传输介质，具有传输距离远，能够在恶劣环境下工作的特点。

4.本实用新型装置简洁，操作简单。

5.本实用新型制作材料简单易寻，成本低廉。

6.本实用新型可以多次重复使用，节约成本，可靠性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置的结构示意图；

图2为传感的结构示意图；

图3为微形变下的传感结构示意图。

图中：光源1；单模尾纤2；毛细管3；空气腔3-1；渐变多模光纤4；纳米薄膜4-1；环境液体4-2；光谱仪5。

具体实施方式

下面结合图1、2、3说明本实施方式，本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，能够高灵敏度的传感装置产生的微形变，解决了传统微形变传感器的灵敏度低、传输距离近的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种新型微形变光纤SPR传感装置，该装置由光源1、单模尾纤2、毛细管3、渐变多模光纤4和光谱仪5组成；

光源1为光谱宽度450nm—1100nm的超连续谱光源，用于产生激发SPR现象的激发光；单模尾纤2用于传输光源1的光；毛细管3用于固定单模尾纤2 和渐变多模光纤4形成空气腔3-1；渐变多模光纤4用于接收单模尾纤2的出射光，识别空气腔3-1产生的微形变并激发SPR现象，渐变多模光纤4上设置有一个除去涂覆层和包层至与纤芯交界面的传感凹槽，传感凹槽表面设置有纳米薄膜4-1和环境液体4-2，纳米薄膜4-1覆在传感凹槽的底面，环境液体4-2填满传感凹槽，光谱仪5光谱宽度450nm—1100nm，用于接收传感光谱；

光源1的光出射端与单模尾纤2的接收端连接，单模尾纤2的光出射端与渐变多模光纤4的光接收端通过毛细管3固定，毛细管3的两端设置有封闭胶，用于将毛细管3和渐变多模光纤4固定，胶水选取紫外固化胶，渐变多模光纤4 的光出射端和光谱仪5的光接收端连接；首先，选取40cm-50cm的一段渐变多模光纤4，光纤两端1cm-2cm处利用光纤钳剥除涂覆层，用无纺布蘸取酒精和***的混合液，反复擦拭包层进行清洁，通过光纤切割刀将两端面切割平整，选取渐变多模光纤4中间1cm-2cm制作激发SPR现象的传感凹槽，利用光纤剥线钳剥除涂覆层，用无纺布蘸取酒精和***的混合液，反复擦拭包层进行清洁，然后，通过光纤侧抛机将选取的传感凹槽部分侧抛，去除包层，漏出纤芯，用无纺布蘸取酒精和***的混合液，反复擦拭清洁锥面，在通过小型离子溅射分别将漏出纤芯的传感凹槽表面镀上纳米薄膜4-1，纳米薄膜4-1为50nm厚的金膜；通过改变甘油与蒸馏水的比例，即可调配出不同折射率的环境液体4-2，调配过程中通过阿贝折射率分析仪标定环境液体4-2的折射率。因为透射式SPR 光纤传感器的能识别的环境液体4-2的折射率范围为1.33-1.385，故配置的环境液体4-2的折射率范围为1.33-1.385，实验表明折射率增大时传感光谱红移，折射率减小时传感光谱蓝移，为了得到完整、效果优良的传感光谱，环境液体 4-2的折射率选为中间值1.355，将传感凹槽的纳米薄膜4-1置于环境液体4-2 中；将单模尾纤2的光出射端与渐变多模光纤4的光输入端置于毛细管3中，通过紫外固化胶将毛细管3两端封闭，保证单模尾纤2与渐变多模光纤4同轴，中间留有空气腔3-1，保证渐变多模光纤4能够接收到单模尾纤2的光；光源1 开关打开，光源1的光经过单模尾纤2传输，毛细管3两端的紫外固化胶将单模尾纤2和渐变多模光纤4位置固定，将该毛细管3置于要检测产生微形变的建筑物为铁轨或房屋中，当建筑物产生形变时，引起毛细管产生形变，故导致单模尾纤2和渐变多模光纤4之间的空气腔发生形变或被伸长或弯曲，造成单模尾纤2注入渐变多模光纤4之间的光方向产生形变，由于渐变多模光纤4对于入射光的位置和方向十分敏感，不同的入射光方向和不同的入射位置改变渐变多模光纤4中传输光在传感凹槽处与纳米薄膜4-1和环境液体4-2发生SPR 现象的SPR入射角，故引起在SPR传感区发生SPR现象的共振波长发生改变，通过光谱仪5接收传感光谱，故传感光谱中共振波谷的位置发生改变，实现对微形变的传感，由于采用了光纤SPR传感技术，由于光纤SPR传感技术具有高灵敏度的特点，故该种新型微形变光纤SPR传感装置具有高灵敏度的特点，同时由于应用了光纤作为传输介质，故该装置可以远距离传输，同时可以在特殊的环境下进行传感。

本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的纳米薄膜4-1为金膜或银膜或其它可激发SPR现象的纳米薄膜。

本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的纳米薄膜4-1为金膜，金膜厚度为50nm，实验表明，SPR传感器在金膜厚度为50nm-55nm时效果较佳。

本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的环境液体4-2由甘油与蒸馏水组成，折射率范围为1.33-1.385，通过改变甘油与蒸馏水的比例，即可调配出不同折射率的环境液体4-2，调配过程中通过阿贝折射率分析仪标定环境液体4-2的折射率。因为透射式SPR光纤传感器的能识别的环境液体4-2 的折射率范围为1.33-1.385，故配置的环境液体4-2的折射率范围为 1.33-1.385，实验表明折射率增大时传感光谱红移，折射率减小时传感光谱蓝移，为了得到完整、效果优良的传感光谱，环境液体4-2的折射率选为中间值1.355。

本实用新型一种新型微形变光纤SPR传感装置，所述的渐变多模光纤4光纤直径范围为50μm-100μm，数值孔径范围为0.14-0.3。

本实用新型的工作原理是：

光源1开关打开，光源1的光经过单模尾纤2传输，毛细管3两端的紫外固化胶将单模尾纤2和渐变多模光纤4位置固定，将该毛细管3置于要检测产生微形变的建筑物为铁轨或房屋中，当建筑物产生形变时，引起毛细管产生形变，故导致单模尾纤2和渐变多模光纤4之间的空气腔发生形变或被伸长或弯曲，造成单模尾纤2注入渐变多模光纤4之间的光方向产生形变，由于渐变多模光纤4对于入射光的位置和方向十分敏感，不同的入射光方向和不同的入射位置改变渐变多模光纤4中传输光在传感凹槽处与纳米薄膜4-1和环境液体4-2发生SPR现象的SPR入射角，故引起在SPR传感区发生SPR现象的共振波长发生改变，通过光谱仪5接收传感光谱，故传感光谱中共振波谷的位置发生改变，实现对微形变的传感。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型微形变光纤SPR传感装置，其特征在于：该一种新型微形变光纤SPR传感装置由光源(1)、单模尾纤(2)、毛细管(3)、渐变多模光纤(4)和光谱仪(5)组成；

光源(1)为光谱宽度450nm—1100nm的超连续谱光源，用于产生激发SPR现象的激发光；单模尾纤(2)用于传输光源(1)的光；毛细管(3)用于固定单模尾纤(2)和渐变多模光纤(4)形成空气腔(3-1)；渐变多模光纤(4)用于接收单模尾纤(2)的出射光，渐变多模光纤(4)识别空气腔(3-1)产生的微形变并激发SPR现象，渐变多模光纤(4)上设置有一个除去涂覆层和包层至与纤芯交界面的传感凹槽，传感凹槽表面设置有纳米薄膜(4-1)和环境液体(4-2)，纳米薄膜(4-1)覆在传感凹槽的底面，环境液体(4-2)填满传感凹槽，光谱仪(5)光谱宽度450nm—1100nm，用于接收传感光谱；

光源(1)的光出射端与单模尾纤(2)的接收端连接，单模尾纤(2)的光出射端与渐变多模光纤(4)的光接收端通过毛细管(3)固定，毛细管(3)的两端设置有封闭胶，渐变多模光纤(4)的光出射端和光谱仪(5)的光接收端连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型微形变光纤SPR传感装置，其特征在于：所述的纳米薄膜(4-1)为金膜或银膜。

3.根据权利要求1所述的一种新型微形变光纤SPR传感装置，其特征在于：所述的纳米薄膜(4-1)为金膜，金膜厚度为50nm。

4.根据权利要求1所述的一种新型微形变光纤SPR传感装置，其特征在于：所述的环境液体(4-2)由甘油与蒸馏水组成，折射率范围为1.33-1.385。

5.根据权利要求1所述的一种新型微形变光纤SPR传感装置，其特征是：所述的渐变多模光纤(4)光纤直径范围为50μm-100μm，数值孔径范围为0.14-0.3。