[發明專利]一種高折射率靈敏性光纖傳感裝置及其液體折射率檢測方法

在審

• 申請號: 202110809748.6
• 申請日: 2021-07-17
• 公開（公告）號: CN115639172A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 黃馨月;雷小峰;孫權;王水鳳;易露露
• 申請（專利權）人: 黃馨月
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高折射率靈敏性光纖傳感裝置及其液體折射率檢測方法，包括寬帶光源、光纖折射率傳感元件和光譜分析儀，其中光纖折射率傳感元件由兩種不同的薄芯光纖和單模光纖構成，利用光纖熔接機依次熔接成單模光纖?薄芯光纖1?薄芯光纖2?薄芯光纖1?單模光纖的結構(纖芯直徑：薄芯光纖1薄芯光纖2)，單模光纖兩端分別連接寬帶光源和光譜分析儀，用于導入和導出光。該光纖傳感裝置對液體折射率靈敏度大，對浸入到不同折射率的液體會出現透射光譜圖中特征峰中心波長的偏移。根據中心波長與折射率推導公式，因此可作為一種液體折射率檢測方法。本發明專利的光纖傳感裝置具有結構簡單，折射率靈敏度高，檢測速率快等特點。

技術領域

本發明公開了一種高折射率靈敏性的光纖傳感裝置，還涉及了一種液體折射率的檢測方法，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

折射率作為一種重要參數，在環境監測、生物化學、食品檢測和臨床檢驗中發揮著舉足輕重的作用，而光纖傳感器因其在生物、化學和環境工業應用中的高靈敏度、緊湊尺寸和抗電磁干擾的優點也得到廣泛研究。目前已經開發了許多用于折射率的光纖傳感器，例如光纖布拉格光柵傳感器、馬赫-曾德爾干涉儀和光纖法布里-珀羅傳感器等，Ran等人利用157nm激光微加工技術制作了一種用于高分辨率折射率測量的法布里-珀羅光纖尖端傳感器。該傳感頭由單模光纖尖端和光纖尖端附近的短空氣腔組成，在工作范圍內可達到4×10^-5的折射率分辨率，靈敏度高，但結構復雜。Rong等人提出了一種基于纖芯失配的馬赫-曾德爾干涉儀用于折射率傳感，其結構為細芯光纖-單模光纖-細芯光纖。在折射率范圍僅為1.33–1.38內，靈敏度可達到159nm/RIU。綜上所述，目前的光纖折射率傳感技術仍存在著結構復雜、折射率檢測范圍小等缺點。因此，發明一種高折射率靈敏度、結構簡單以及檢測范圍廣的光纖傳感器迫在眉睫。

發明內容

本發明針對上述現有技術的缺陷，現提供一種折射率靈敏度高的液體折射率檢測的光纖傳感裝置，該裝置具有成本低、結構簡單、體積小、靈敏度高等優點。

本發明提供一種高折射率靈敏性的液體折射率光纖傳感檢測裝置，包括寬帶光源、光纖折射率傳感元件和光譜分析儀。光纖折射率傳感元件包括兩根薄芯光纖1、一根薄芯光纖2和兩根單模光纖。其連接方式為：一根單模光纖的兩端分別與寬帶光源和一根薄芯光纖1相連，薄芯光纖1與薄芯光纖2連接，薄芯光纖2與另一根薄芯光纖1連接，最后薄芯光纖1連接另一根單模光纖，最后單模光纖連接光譜分析儀的輸入端。在進行光纖傳感測試時，傳感測試時上述光纖折射率傳感元件需呈繃直狀態。

關于光纖傳感元件的固定方式：光纖折射率傳感元件通過GCX-M01系列光纖夾持器固定，光纖夾持器位于包含薄芯光纖1、薄芯光纖2在內的20cm的兩端處，使其保持直線狀態，整個夾持裝置位于3.2cm高的固定架臺上，兩個固定架臺中間用于放置U型槽（尺寸為110*20*20mm，內槽尺寸為100*10*10mm），通過GCM-V系列升降臺控制光纖折射率傳感元件浸入U型槽溶液中以進行折射率傳感測試。

所述光纖折射率傳感元件的兩根薄芯光纖1的長度均為0.5cm，薄芯光纖2的長度為1cm，且薄芯光纖1的纖芯直徑小于薄芯光纖2的纖芯直徑。

液體折射率檢測方法，其特征為：包含以下步驟。

（1）根據權利要求1、2，利用光纖熔接機制作光纖傳感元件，并配制多個不同折射率的甘油溶液。

（2）根據權利要求3中構建傳感平臺，將盛有甘油溶液的U型槽放置在升降臺上，通過調節升降臺的高度使包含薄芯光纖1、薄芯光纖2和兩端部分單模光纖全部浸入溶液中。連接寬帶光源裝置，通過光譜分析儀記錄透射光譜數據。

（3）重復步驟2對配制的所有不同折射率溶液進行測試并記錄數據，通過origin軟件處理得到透射光譜圖，選取不同折射率甘油溶液測得的干涉波谷數據進行線性擬合，得到波長偏移與折射率的關系y=Ax+B，其中y為選取的透射光譜圖中波谷對應的中心波長，x為對應溶液的折射率。