[发明专利]一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器

说明书

本发明公开了一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器，由光源，偏振控制器，传输光纤，光纤环形器，光功率计，纳米金涂层，TFBG，传感器，啁啾光纤光栅，第一液体通道口，第二液体通道口，第三液体通道口，微流体通道，微流控芯片，导管，第一储液池，微流泵，第二储液池，光谱仪组成。光源发射出波长为1500nm~1580nm的光，经过传输光纤至传感器的左端，传感器中刻有TFBG和啁啾光纤光栅，并且固定在微流体通道的中间，校准微流泵，使液体可以从微流体通道中流过，TFBG镀有纳米金涂层的部分和没有镀有纳米金涂层的部分在液体中，光谱仪中检测到的透射光谱发生不同情况的波长漂移，利用光谱仪透射光谱中的变化来表征微流体速度和方向变化。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器。

背景技术

近些年来，微流控制技术一直在快速发展，并在化学合成，药物开发，生物分析和光学技术应用等方面得到了广泛的应用。在这些实验室芯片应用中，液体的流量起着重要的作用，液体的流速主导着生物药物的细胞粘附和单克隆抗体产生，流动聚焦发生器中液滴的大小和生成速度以及流式细胞计数和分选的速度和效率。

基于TFBG，即倾斜布拉格光纤光栅的光纤传感器，结构简便，与其他测量方式相比，例如微电子机械系统（MEMS），成本较低，并且制作工艺相对简单，而且灵敏度较高，对温度交叉敏感度小，可以实现实时和远程测量。

表面等离子体共振技术，即SPR技术，在光电传感技术中应用广泛，其结构装置简单，灵敏度较高，并且不易受到环境等外界因素的干扰，因此，适用于液体流量较小的微弱条件下的速度和方向测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器装置，液体流动的变化改变透射光谱信号强度，该结构灵敏度高，便于实现。

本发明通过以下技术方案实现：一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器装置，由光源（1），偏振控制器（2），传输光纤（3），光纤环形器（4），光功率计（5），纳米金涂层（6），TFBG（7），传感器（8），啁啾光纤光栅（9），第一液体通道口（10），第二液体通道口（11），第三液体通道口（12），微流体通道（13），微流控芯片（14），导管（15），第一储液池（16），微流泵（17），第二储液池（18），光谱仪（19）组成，其特征在于：光源（1）和偏振控制器（2）相互连接，然后通过传输光纤（3）连接于光纤环形器（4）的左端，光纤环形器（4）的下端与光功率计（5）相连，光纤环形器（4）右端与传感器（8）的左端相连，传感器（8）的右端通过传输光纤（3）与光谱仪（19）相连接，将传感器（8）沿着微流控芯片（14）上的微流体通道（13）方向并且固定在微流体通道（13）的中间，微流体通道（13）包含第一液体通道口（10），第二液体通道口（11），第三液体通道口（12）三个液体通道入口，导管（15）固定在微流体通道（13）上液体通道入口的其中两个，左端连接到第一储液池（16），右端连接到第二储液池（18），第一储液池（16）和第二储液池（18）通过导管（15）分别连接到微流泵（17）的左右两端。

所述的传感器（8）是由一个单模光纤构成，其纤芯内刻有倾斜角为8°的TFBG（7）和啁啾光纤光栅（9），表面涂有二分之一的纳米金涂层（6），厚度范围为5-500nm，单模光纤的型号为康宁SMF-28，工作波长为1500nm~1580nm。

所述的偏振控制器（2）由一个偏振片，一个半波片和一个四分之一波片组成。所述的光谱仪（19）采用的型号为Agilent，86142B。

所述的微流泵（17）采用型号为BT600M/2*YZ1515X的蠕动泵，其正反转可逆，可以实现两个方向的微流体流动，转速工作范围为0.1~600rpm。

所述的微流控芯片（14）上面的微流体通道（13）带有刻度，可以直接读出液体流过的长度大小。