[發明專利]內懸芯光纖光柵溫度自動補償微流控傳感器及內懸芯光纖

有效

• 申請號: 201410136112.X
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103900992A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 楊興華;苑婷婷;李恩濤;劉春蘭;趙恩銘;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光纖內微流控傳感裝置，尤其是一種基于含有內懸芯光纖的高靈敏度、微量液體微流控光纖光柵在線傳感器。

背景技術

光纖光柵在傳感領域應用廣泛，可以方便地嵌入到光纖系統及傳感器等器件中，構成許多具有獨特性能的光纖器件，極大地推動了光纖光柵應用技術的發展。其反射或透射峰位與光柵的周期長度以及纖芯折射率有關，當外界物理量如溫度、應變、纖芯外環境等因素發生變化時，將影響光纖光柵的折射率調制周期和纖芯折射率，從而引起光纖光柵的反射或透射峰的變化，實現不同類型的傳感器結構。與傳統的光纖傳感器相比，光纖光柵傳感器具有許多獨特的優點。例如，抗干擾能力強，探測過程不影響光波的頻率，可以排除光強引起的干擾；便于構成各種形式的光纖傳感網絡，進行多點測量；測量結果重復性良好，光纖光柵制作技術成熟，可規模化生產。

光纖光柵生物化學傳感器主要利用光纖光柵周圍環境的物質的濃度發生變化引起折射率的變化實現物質濃度檢測的目的。例如，張玲等利用長周期光纖光柵（Long?Period?Fiber?Gratings，LPFGs）實現了對蔗糖及鹽溶液的濃度測量（飛秒寫制長周期光纖光柵的液體濃度測量實驗研究，張玲，苗飛等,光電子?激光,23(5),2012,897-901）。這類光纖光柵傳感器雖然具備光纖光柵的優越特性，可以利用共振波長進行濃度探測，獲得高信噪比，但是目前多數光纖光柵傳感器多利用傳統光纖制備，樣品需要從光纖外部與光纖光柵接觸，需要利用樣品池才能實現傳感，這樣不僅增加了采樣量，同時不利于器件集成。由于光纖光柵除對樣品濃度敏感外，同時也對外界溫度敏感。

發明內容

本發明的目的在于提供一種檢測結果準確，不受環境溫度影響的內懸芯光纖光柵溫度自動補償微流控傳感器。本發明的目的還在于提供一種內懸芯光纖。

本發明的內懸芯光纖光柵溫度自動補償微流控傳感器包括光源16、耦合器17、第一標準光纖11、第二標準光纖12、光譜儀18，還包括內懸芯光纖10，所述內懸芯光纖具有兩個纖芯，第一纖芯1位于光纖內孔道2的內壁上，第二纖芯3位于光纖的環帶狀包層4內部，兩個纖芯上的縱向相同位置分別寫入結構相同的第一光纖光柵5和第二光纖光柵6，第一光纖光柵5作為傳感單元，第二光纖光柵6作為參比單元，光纖內孔道2作為樣品傳感場所的微流通道，微流通道表面具有第一微孔8和第二微孔9，光源16通過耦合器17與第一標準光纖11連接，第一標準光纖11通過第一拉錐點13與內懸芯光纖10連接，將光分束進入第一纖芯1和第二纖芯3，并通過第一光纖光柵5及第二光纖光柵6，然后再通過第二拉錐點14耦合進入第二標準光纖12，第二標準光纖12連接光譜儀18，樣品通過注釋泵20進入經毛細管21并通過第一微孔8進入內懸芯光纖10，然后通過第二微孔9進入毛細管22。

本發明的內懸芯光纖光柵溫度自動補償微流控傳感器還可以包括：

1、第一微孔8和第二微孔9的直徑為20-50μm，第一微孔8與第二微孔9之間的距離為10cm，兩微孔分別與相近的的距離為1-2mm。

2、所述第一光纖光柵5表面直接與微流樣品15接觸，或者是通過覆蓋的敏感層7與樣品接觸。

3、所述的內懸芯光纖每根纖芯的直徑為5μm，整根光纖的直徑為125μm，位于光纖孔道內表面的第一纖芯1裸露于包層4以外的面積為纖芯表面積的90%，光纖內孔道2的直徑為50-80μm，環狀包層的厚度為30μm。

本發明的內懸芯光纖具有兩個纖芯，第一纖芯1位于光纖內孔道2的內壁上，第二纖芯3位于光纖的環帶狀包層4內部，兩個纖芯上的縱向相同位置分別寫入結構相同的第一光纖光柵5和第二光纖光柵6，第一光纖光柵5作為傳感單元，第二光纖光柵6作為參比單元，光纖內孔道2作為樣品傳感場所的微流通道，微流通道表面具有第一微孔8和第二微孔9。

本發明提供了一種結構高度集成的基于內懸芯的光纖微流控在線傳感器，尤其是一種具有雙光纖光柵的在線溫度自動補償式微流光纖傳感器。用于生物、制藥、環境、工業等場合樣品濃度的高精度檢測。基于內懸芯光纖的這種雙光纖光柵集成式光纖微流傳感器的兩個光纖光柵一個位于光纖孔道內部，另一個位于光纖包層內部，傳感過程發生在光纖孔道內部。因此，無需樣品池，能夠實現微量在線檢測，且結構簡單，操作簡便。另外，將位于包層內的光纖光柵作為參考光柵，可以實現自動溫度補償，顯著提高傳感器的檢測精度。