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便攜式可更換的光纖spr傳感器探頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，該傳感器探頭包括光纖接口、針頭及探測(cè)光纖，所述光纖接口前端為光纖、后端為外部設(shè)備接口；所述針頭由兩段套管即前端套管和后端套管構(gòu)成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測(cè)光纖的連接端插設(shè)于所述前端套管內(nèi)部，所述前端套管限位固定所述探測(cè)光纖，以使所述探測(cè)光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對(duì)齊接觸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，該傳感器探頭使用通用型針頭和探測(cè)光纖，成本低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化；探頭上的探測(cè)光纖更換方便，通過(guò)不同條件的鍍膜和修飾，可形成傳感器探頭組，方便進(jìn)行多元化的即時(shí)實(shí)地測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面等離子波傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子波共振(Surface Plasma Resonance, SPR)技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的用于測(cè)量樣品折射率變化以監(jiān)測(cè)樣品成分和濃度的一項(xiàng)技術(shù)，可以在SPR傳感器芯片/探頭上修飾敏感層使得傳感器只對(duì)某種物質(zhì)敏感，以起到在污水或空氣中監(jiān)測(cè)特定污染物濃度的目的，并且具有靈敏度較高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。SPR傳感器分為角度、波長(zhǎng)、強(qiáng)度和相位調(diào)制四種，傳統(tǒng)的棱鏡SPR傳感器通常使用角度調(diào)制，由于帶有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故不方便攜帶。而光纖SPR傳感器因?yàn)榫哂袦y(cè)量機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳感部分體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程遙測(cè)，以及SPR信號(hào)不易受到外界因素影響等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。其中又以波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖SPR傳感器最為方便，其主要是由光源、Y型光纖、光譜儀和探頭組成，不僅攜帶方便，而且只需將探頭插入待測(cè)液體或氣體中即可完成測(cè)量，操作方便。然而，一般的光纖SPR傳感器(如申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102252999 A的專(zhuān)利)的探頭在鍍膜/修飾后只能進(jìn)行單一項(xiàng)目的測(cè)量，如需測(cè)量其他項(xiàng)目，則需要更換探頭的光纖和光纖接口，光纖接口與光纖的耦合對(duì)接技術(shù)難度較大，無(wú)論是自行對(duì)接還是購(gòu)買(mǎi)成品都需要較高的成本，難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，該傳感器探頭通過(guò)在光纖接口套接一可更換的針頭，便于插接不同的探測(cè)光纖，以在低成本的情況下更換探測(cè)光纖對(duì)不同項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量。
[0004]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述傳感器探頭包括光纖接口、針頭以及探測(cè)光纖，所述光纖接口的前端為光纖、后端為外部設(shè)備接口 ；所述針頭由不同管徑的兩段套管即前端套管和后端套管連接構(gòu)成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測(cè)光纖的連接端插設(shè)于所述前端套管內(nèi)部，所述前端套管的限位固定所述探測(cè)光纖，以使所述探測(cè)光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對(duì)齊接觸，其中所述切面均為拋光切面。
[0005]所述探測(cè)光纖與所述光纖接口上的光纖為同一規(guī)格。
[0006]所述探測(cè)光纖的長(zhǎng)度大于所述前端套管的長(zhǎng)度。
[0007]所述探測(cè)光纖的連接端具有外包層，所述外包層長(zhǎng)度不小于所述前端套管的長(zhǎng)度，所述探測(cè)光纖的剩余裸露段上鍍有金屬膜，在所述探測(cè)光纖的前端切面上沉積有一層金屬膜作為微反射鏡。
[0008]所述探測(cè)光纖上的外包層外徑與所述前端套管內(nèi)徑相適配。[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，該傳感器探頭使用通用型針頭和探測(cè)光纖，成本較低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化；且探頭上的探測(cè)光纖更換方便，通過(guò)不同條件的鍍膜和修飾，可形成傳感器探頭組，方便進(jìn)行多元化的即時(shí)實(shí)地測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明中傳感器探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中的探測(cè)光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明中光纖傳感器系統(tǒng)示意圖；
圖4為本發(fā)明中傳感器探頭測(cè)得的不同濃度酒精的SPR共振光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
如圖1-4，圖中標(biāo)記1-11分別為:探測(cè)光纖1、針頭2、光纖接口 3、前端套管4、后端套管5、金屬膜6、外包層7、表面等離子體波8、金屬膜9、光纖10、接口 11。
[0012]實(shí)施例:本實(shí)施例利用SPR效應(yīng)，以及光在光纖中的傳播原理，制作出一種便攜式、可方便進(jìn)行拆卸和更換的光纖SPR傳感器探頭。
[0013]如圖1、2所示，光纖SPR傳感器探頭由探測(cè)光纖1、光纖接口 3以及連接兩者的針頭2組成，針頭2為具有多段不同管徑的套管，即前端套管4和后端套管5，兩者為一體連接結(jié)構(gòu)；后端套管5套接固定于光纖接口 3上，且后端套管5的尺寸與光纖接口 3的尺寸相匹配，光纖接口 3具體由位于前端的光纖10和位于后端的sma905接口 11構(gòu)成，光纖10深入至前端套管4中；探測(cè)光纖I插設(shè)于針頭2的前端套管4中，兩者尺寸相互匹配，在前端套管4的限位固定下，探測(cè)光纖I的后端切面同光纖接口 3上的光纖10的切面對(duì)齊接觸，實(shí)現(xiàn)光纖切面之間的良好對(duì)接，同時(shí)兩者的切面均經(jīng)過(guò)拋光處理，故光線可順利穿過(guò)光纖10與探測(cè)光纖I的接觸面到達(dá)探測(cè)光纖I中；探測(cè)光纖I的長(zhǎng)度大于針頭2的前端套管4的長(zhǎng)度，使探測(cè)光纖I的前端部露于針頭2之外便于深入待測(cè)液體進(jìn)行探測(cè)。
[0014]如圖2所示，探測(cè)光纖I的連接段具有外包層7，外包層7的長(zhǎng)度略大于前端套管4的長(zhǎng)度，探測(cè)光纖I的其余部分為裸露光纖，在裸露光纖部分鍍上一層50nm厚的金屬膜6，并在其前端切面上沉積一層500nm厚的金屬膜9作為微反射鏡。需要說(shuō)明的是，探測(cè)光纖I與光纖10必須是同一規(guī)格的，包括芯徑、外包層直徑、折射率、數(shù)值孔徑、工作范圍都必須保持一致；且探測(cè)光纖I和光纖10上的外包層外徑應(yīng)與針頭2的前端套管4相適配，即外包層外徑應(yīng)略小于前端套管4內(nèi)徑，以方便使探測(cè)光纖I同光纖10對(duì)接并被夾緊限位，兩者對(duì)接的好壞直接影響光強(qiáng)損耗的大小；光纖接口 3前端的光纖10長(zhǎng)度應(yīng)足夠長(zhǎng)，以便其插入針頭2的前端套管4中。
[0015]如圖3所示，光纖SPR傳感器探頭安裝于光纖傳感器系統(tǒng)中，該光纖傳感器系統(tǒng)包括一個(gè)光源(帶有一個(gè)偏振片插槽、300 nm至1500 nm波長(zhǎng)范圍)、一個(gè)Y型光纖(600微米芯徑、數(shù)值孔徑0.37，折射率1.46，多模，階躍型，工作范圍300-1200nm)、一個(gè)光纖SPR傳感器探頭(橫截面鍍銀膜300nm，側(cè)面鍍銀膜50 nm)、一個(gè)光譜儀、和一臺(tái)計(jì)算機(jī)；其中光纖SPR傳感器探頭與Y型光纖的一端連接，而Y型光纖的另兩端則分別與光源和光譜儀連接，光譜儀與計(jì)算機(jī)連接。
[0016]如圖1、2、3所示，該光纖傳感器系統(tǒng)的工作步驟為:
(1)白光從光源出來(lái)通過(guò)偏振片變成偏振光，之后被耦合至Y型光纖，通過(guò)光纖傳導(dǎo)至光纖SPR傳感器探頭；
(2)傳導(dǎo)至光纖SPR傳感器探頭后，光線順利穿過(guò)光纖接口3與探測(cè)光纖I的接觸面到達(dá)探測(cè)光纖I中，進(jìn)而在探測(cè)光纖I的前端鍍膜處產(chǎn)生SPR現(xiàn)象，并在探測(cè)光纖I頂端鏡面反射并返回光纖接口 3中；需要說(shuō)明的是，光線在其中傳播時(shí)，若倏逝波的水平波矢與金屬膜6的表面等離子體波8的波矢相匹配，則會(huì)產(chǎn)生等離子體波共振效應(yīng)，使反射光的光強(qiáng)在這一時(shí)刻達(dá)到最小，因此接收到反射光后在光譜儀上就形成了一個(gè)凹谷；
(3)發(fā)生等離子體共振之后被反射至Y型光纖，然后被傳導(dǎo)至光譜儀進(jìn)行光譜分析，計(jì)算機(jī)收集結(jié)果。
[0017]鍍金屬膜6的作用是產(chǎn)生表面等離子體共振現(xiàn)象，當(dāng)入射光從光纖傳過(guò)來(lái)的時(shí)候，某個(gè)特定波長(zhǎng)的光會(huì)與金屬-環(huán)境介質(zhì)表面的等離子體波產(chǎn)生共振，這個(gè)特定波長(zhǎng)的光將被吸收；當(dāng)光被反射經(jīng)光譜儀和計(jì)算機(jī)分析后就可以觀察到在該波長(zhǎng)處出現(xiàn)一個(gè)共振吸收峰。該特定波長(zhǎng)的位置就取決于環(huán)境介質(zhì)的折射率，這就是SPR傳感器的測(cè)量原理。而金屬膜6的厚度、長(zhǎng)度和鍍膜質(zhì)量，是決定傳感器質(zhì)量的重要因素。
[0018]為了驗(yàn)證本實(shí)施例中裝置的有效性，利用光纖傳感器系統(tǒng)中的光纖SPR傳感器探頭對(duì)不同濃度的酒精進(jìn)行濃度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，橫軸為波長(zhǎng)(單位nm)，豎軸為光強(qiáng)。
[0019]在本實(shí)施例中，該光纖SPR傳感器探頭之所以選擇通用型針頭，是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，并且內(nèi)徑剛好與光纖外徑吻合，可實(shí)現(xiàn)光纖切面之間良好的對(duì)接，從而免去了繁瑣的光纖對(duì)接校準(zhǔn)過(guò)程；這樣既可以實(shí)現(xiàn)探頭的量產(chǎn)化，測(cè)量的便攜化，又不影響傳感器的靈敏度和正常使用；且該探頭更換方便，通過(guò)不同條件的鍍膜和修飾，可以形成探頭組，方便進(jìn)行多元化的即時(shí)實(shí)地測(cè)量，可實(shí)地即時(shí)測(cè)量污水、空氣中各種污染物的濃度。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述傳感器探頭包括光纖接口、針頭以及探測(cè)光纖，所述光纖接口的前端為光纖、后端為外部設(shè)備接口 ；所述針頭由不同管徑的兩段套管即前端套管和后端套管連接構(gòu)成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測(cè)光纖的連接端插設(shè)于所述前端套管內(nèi)部，所述前端套管的限位固定所述探測(cè)光纖，以使所述探測(cè)光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對(duì)齊接觸，其中所述切面均為拋光切面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測(cè)光纖與所述光纖接口上的光纖為同一規(guī)格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測(cè)光纖的長(zhǎng)度大于所述前端套管的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測(cè)光纖的連接端具有外包層，所述外包層長(zhǎng)度不小于所述前端套管的長(zhǎng)度，所述探測(cè)光纖的剩余裸露段上鍍有金屬膜，在所述探測(cè)光纖的前端切面上沉積有一層金屬膜作為微反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測(cè)光纖上的外包層外徑與所述前端套管內(nèi)徑相適配。
【文檔編號(hào)】G01N21/552GK104034698SQ201410179641
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】蔡忠洋, 魏鵬琪, 馬學(xué)鳴, 汪國(guó)明, 張燕, 馮奇, 伍平 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)