[發明專利]一種基于SPR的光纖傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010182941.7
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111272712A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 彭慶軍;雷嘉麗;錢國超;陳偉根;鄒德旭;張知先;王建新;萬福
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請提供的一種基于SPR的光纖傳感器及其制備方法中，光纖傳感器為依次連接的多模光纖、單模光纖及多模光纖；單模光纖包層上涂敷有鉻薄膜層，鉻薄膜層的表面涂敷有金薄膜層；金薄膜層的一半涂敷有PDMS，另一半為裸露層，以產生兩個獨立的SPR共振波谷，第一個共振波谷是由裸露層的鍍金光纖產生的，其共振波長由介質的折射率和溫度調節；第二個共振波谷是由涂敷有聚二甲基硅氧烷的光纖的，其專門用于監測液體樣品溫度變化的共振波谷；本申請通過對PDMS共振波谷的波長位移變化實現了對溫度變化的測量，進而有效補償裸露層光纖部分對變壓器油折射率變化測量時所面臨的熱擾動，從而得到更準確的變壓器油的折射率變化。

技術領域

本申請涉及光纖傳感器技術領域，尤其涉及一種基于SPR的光纖傳感器及其制備方法。

背景技術

目前電力變壓器的老化問題已成為電力系統能否長期穩定運行的關注焦點，作為電力變壓器絕緣的重要組成部分，變壓器油在長期運行過程中由于受到各種因素的影響，發生不可逆轉的老化，降解產生CO、糠醛、甲醇及丙酮等物質溶于變壓器油中。研究表明，老化的變壓器油折射率較高，因此，可以通過測量變壓器油的折射率來監測變壓器的老化程度。

基于SPR的光纖傳感器可以用來測量變壓器油的折射率，目前常用的基于SPR的光纖傳感器為：將光導纖維的包層去除一部分替換為一定厚度的金屬膜，光纖在光導纖維內傳輸時不斷發生全反射，透射波在金屬膜和介質接觸界面發生表面等離子共振，最后反射光從光導纖維的另一端出射，通過檢測其光譜的相關參數即可測量待測樣品的折射率；但是由于溫度對折射率的強烈影響，光纖折射率傳感器受環境溫度擾動的影響較大，而常規的基于單信號SPR的光纖傳感器無法補償環境干擾的影響，外部溫度波動會在SPR信號中產生重大變化，從而可能導致錯誤的折射率測量。

為了補償環境干擾對折射率測量的影響目前有兩種方法，第一種方法是：在基于棱鏡的SPR光纖傳感器中使用兩個獨立的金屬涂層光纖段，產生雙通道SPR，第二種方法是：通過與用于溫度感測的Fabry-Perot干涉儀進行級聯，以減少外部溫度干擾對SPR傳感器響應的影響，但第一種方法中所用光纖的外徑大于標準通信網絡中使用的光纖的外徑，第二種方法中會導致傳感器的總長度太長，長達幾厘米。

發明內容

本申請提供了一種基于SPR的光纖傳感器及其制備方法，以補償溫度對折射率的影響測量變壓油的折射率。

為了解決上述技術問題，本申請實施例公開了如下技術方案：

第一方面，本申請提供了一種基于SPR的光纖傳感器，所述光纖傳感器為多模-單模-多模光纖，其中：

所述多模-單模-多模光纖包括依次連接的多模光纖、單模光纖及多模光纖；

單模光纖包層的兩端均涂敷有鉻薄膜層，所述鉻薄膜層的表面涂敷有金薄膜層；

所述金薄膜層包括等長度的第一區域和第二區域，所述第一區域的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷，所述第二區域設為裸漏層。

可選的，所述鉻薄膜層的表面涂敷有雙層金薄膜層。

可選的，所述鉻薄膜層的厚度為3-7nm。

可選的，所述金薄膜層的厚度為25-35nm。

第二方面，本申請還提供了一種基于SPR的光纖傳感器的制備方法，所述方法包括：

通過熱蒸發工藝在單模光纖包層的兩端均涂敷鉻薄膜層；

通過熱蒸發工藝在所述鉻薄膜層的表面涂敷金薄膜層；

在所述金薄膜層的所述第一區域表面涂敷二甲基硅氧烷；

所述二甲基硅氧烷固化后得到基于SPR的光纖傳感器。

可選的，所述在所述金薄膜層的所述第一區域表面涂敷二甲基硅氧烷包括：