[发明专利]一种提高光纤法珀传感器灵敏度和检测范围的方法有效

专利信息
申请号: 201210561136.0 申请日: 2012-12-21
公开(公告)号: CN103884680A 公开(公告)日: 2014-06-25
发明(设计)人: 李秋顺;史建国;马耀宏;姜明顺;郑晖;孙士青;李雪梅;陈燕 申请(专利权)人: 山东省科学院中日友好生物技术研究中心
主分类号: G01N21/41 分类号: G01N21/41
代理公司: 济南舜源专利事务所有限公司 37205 代理人: 辛向东
地址: 250014 山东省济南市*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 提高 光纤 传感器 灵敏度 检测 范围 方法
【说明书】:

 

技术领域

发明涉及改进光纤法珀传感器在折射率检测方面的灵敏度和检测范围的一种方法。

背景技术

近年来,随着工农业现代化、国防科学技术的快速发展,人们对生物医药筛选、化学工业、环境分析、食品安全检测、国防安全检测及保护等领域的分析检测手段提出了新的迫切需求。光纤折射率传感器由于低成本、易制作、小尺寸、抗电磁干扰、传输过程中的低能量损耗、耐酸碱腐蚀、高的性能可靠性、易于联网、可远距离操控等许多优点,受到了广泛的关注。光纤折射率传感器主要包括马赫 - 曾德尔干涉仪、布拉格光栅、长周期光栅、光纤法珀传感器等。光纤马赫 - 曾德尔干涉仪虽然比较灵敏,但是非常脆弱的结构限制了它的实际应用;布拉格光栅用于折射率测量时,通常要进行腐蚀,其才能显现出对折射率的灵敏性,其不利的结果是引起了其机械强度的降低;未经调制的长周期光栅本身对折射率的灵敏度通常不是很高,而且存在难以消除的温度交叉影响。相对于上述光纤折射率传感器,光纤法珀传感器体积更小,而且不受温度的交叉影响,因此,在折射率传感技术领域得到了很好的应用。

目前,利用光纤法珀传感器来测量介质的折射率一般通过两种方式:一种是姜德生、饶云江、Hai Xiao等人使用的方法,(魏仁选, 姜德生.基于F-P干涉波长的溶液浓度测量方法研究[J].光电子·激光,2003,14(6):655-656.

魏仁选,姜德生.基于F-P干涉波长的折射率测量[J].中国激光,2003,30(6):551-554.

魏仁选,姜德生.基于光纤F-P 干涉波长的溶液浓度测量系统研究[J].中国激光,2004,31(9):1127-1131.

Y.J. Rao, M. Deng, D.W. Duan. T. Zhu, In-line fiber Fabry-Perot refractive-index tip sensor based on endlessly photonic crystal fiber [J].Sensors and Actuators A:Physical,2008,148(1):33-38. 

Tao Wei, Yukun Han Yanjun Li, Hai-Lung Tsai, and Hai Xiao.Temperature-insensitive miniaturized fiber inline Fabry-Perot interferometer for highly sensitive refractive index measurement [J].Optics Express,2008,16(8):5764- 5769.)这种方法是把待测介质注入到法珀腔的空腔内,利用法珀传感器反射光谱的条纹漂移量来判断介质的折射率。这种方法测量的灵敏度较高,但也有两点不利因素:(1)把待测介质注入、吸出法珀腔内以及法珀腔内后续清洗处理较困难;(2)法珀传感腔的反射一般需要在腔内镀膜来提高对比度,镀膜时的操作条件比较苛刻,需要昂贵的仪器设备,不适于通常的实验条件操作。

另一种饶云江、龚元等人使用的方法(Z.L. Ran, Y.J. Rao, W.J. Liu, X. Liao, K. Chiang. Laser-micromachined Fabry-Perot optical fiber tip sensor for high-resolution temperature-independent measurement of refractive index [J].Optics Express,2008,16(3):2252-2263.

A ray-transfer-matrix model for hybrid fiber Fabry-Perot sensor based on graded-index multimode fiber [J].Optics Express,2010,18(15):15844-15852.

龚元,郭宇,饶云江,赵天,吴宇,冉曾令. 光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析 [J]. 物理学报,2011,60(6):298-303.),这种方法是将光纤法珀传感器的传感头浸入待测介质,利用反射光谱的条纹对比度来测量折射率,这类传感器制作和测量过程比较简单.但也存在一些缺点:(1)灵敏度不足够高;(2)线性范围一般较窄,无法实现宽范围的折射率测量。

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