[發明專利]光纖微泡法珀傳感器及其傳感方法

有效

• 申請號: 201610871752.4
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106643830B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 龔元;張晨琳;鄒文亮;饒云江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明涉及光纖技術領域，具體提供光纖微泡法珀傳感器及其傳感方法，用以克服現有光纖法珀腔傳感器結構復雜、制作工藝復雜、制作難度極高且成本高昂的缺陷；本發明在單模光纖平端面纖芯處沉積均勻的碳納米薄膜構成光纖微泡法珀傳感器；將傳感器浸沒在微流體系中，激光器提供的光能，經單模光纖傳輸，從光纖端面出射，照射在碳納米薄膜上，由于碳納米管具有良好的傳熱性能，在碳納米管薄膜處形成一個微氣泡，即微氣泡法珀腔；通過對微氣泡法珀腔的光譜信息進行探測，實現對液體環境因素，如溫度、流速等信息的傳感。該傳感器結構簡單，大大降低了光纖端面微結構制備的難度，并且體積小、成本低，操作靈活。

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，特別涉及光纖微泡法珀傳感器及其傳感方法。

背景技術

光纖傳感與傳統的傳感方式相比具有很多不可替代的優勢。光纖傳感器靈敏度高，抗電磁干擾，電絕緣，耐高壓，耐腐蝕，適用于惡劣環境。并且，光纖傳感器還具有質量輕，體積小，可彎曲纏繞，成本低等諸多優點，使其在石油化工、電力、醫學、土木工程等諸多領域中發揮著不可替代的作用。在眾多光纖傳感器結構中，光纖法珀腔傳感器更是由于其結構簡單，線性度好等優良特性，受到各領域的廣泛關注。光纖法珀腔傳感器依據的是光學法珀干涉原理，其核心結構是在光纖上引入光學諧振腔，它是由兩個反射系數分別為R₁和R₂、具有一定間距d的反射面組成的；當被傳感量引起光學諧振腔的變化，使R₁，R₂或d發生變化，即會引起干涉結果發生改變，實現對被傳感量的探測。因此，光纖法珀腔傳感器具有響應速度快，測量精度高，動態范圍大，等優勢。

光纖法珀腔傳感器主要有兩類結構，一是在光纖上引入光學諧振腔，一是在光纖端面引入探頭式光學諧振腔；相對于第一種結構，探頭式結構體積小，操作靈活，便于移動，可制成嵌入式靈巧結構(Smart Structure)型光纖傳感器；然而光纖端面尺寸小，在光纖端面制作微結構工藝較為復雜，增大了傳感器的制作難度。針對上述問題，本發明提出了光纖微泡法珀傳感器及其傳感方法。

發明內容

本發明的目的在于提供光纖微泡法珀傳感器及其傳感方法，用以克服現有光纖法珀腔傳感器結構復雜、制作工藝復雜、制作難度極高且成本高昂的缺陷；本發明在單模光纖平端面纖芯處沉積均勻的碳納米薄膜構成光纖微泡法珀傳感器；將傳感器浸沒在水中時，激光器提供的光能，經單模光纖傳輸，從光纖端面出射，照射在碳納米薄膜上，由于碳納米管具有良好的傳熱性能，在碳納米管薄膜處形成一個微氣泡，即微氣泡法珀腔。微氣泡法珀腔的形成受到液體環境因素的影響，通過對微氣泡法珀腔的光譜信息進行探測，實現對液體環境因素，如溫度、流速等信息的傳感。該傳感器結構簡單，大大降低了光纖端面微結構制備的難度，并且體積小、成本低，操作靈活，可對微流系統內任意位置進行傳感。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

光纖微泡法珀傳感器，其特征在于，所述傳感器由單模光纖，以及均勻沉積于單模光纖平端面纖芯處的碳納米薄膜構成。

進一步的，所述碳納米薄膜的厚度為1-3μm。

所述單模光纖的中心波長為980nm，所述單模光纖平端面指光纖切割平整的端面。

進一步的，上述光纖微泡法珀傳感器的傳感方法，其特征在于，將傳感器浸沒在微流體系中，激光器提供的光能，經單模光纖傳輸，從光纖平端面出射，照射在碳納米薄膜上，在碳納米管薄膜處形成微氣泡法珀腔，通過測量單位時間生成的微氣泡法珀腔的光譜信息，實現對微流體系環境因素的傳感。

進一步的，上述光纖微泡法珀傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將單模光纖的一個端面切割平整，獲得光纖平端面；另一端連接激光器；

步驟2、將單模光纖平端面豎直插入均勻的碳納米管溶液中，固定；