[发明专利]荧光团增强的多维光子传感器

说明书

一种光子位移传感器包括光子光纤，所述光子光纤包含：a)芯部分，所述芯部分具有沿延伸的纵向轴线排列的第一带隙，以及b)包层部分，所述包层部分包围所述芯部分，所述芯部分具有第二带隙。所述第一带隙适于阻挡以沿所述纵向轴线定向的第一波长为中心的辐射光谱带，并且所述第二带隙适于阻挡以横向于所述纵向轴线定向的第二波长为中心的辐射光谱带，并且其中基于所述光子光纤的所述第一和第二带隙中的至少一个中的偏移来检测位移，使得能够检测与所述光子光纤中的所述位移成比例的辐射强度。

技术领域

本发明涉及光子传感器，具体涉及利用由荧光团生成的辐射来检测结构变形的多维光子传感器。

背景技术

在石油和天然气工业中使用的管线和容器结构随时间而暴露于应力，所述应力可以累积而产生结构中的缺陷。不幸的是，通常难以确定此类结构是否遭受破坏性应力，直到出现容易观察到的缺陷。

用于结构材料，例如用于管线中的非金属管的非破坏性检查技术的可用性是有限的。在很大程度上，目前可用的技术对材料是破坏性的或是实验性的并且不可靠的。即使考虑用于非破坏性检查的当前实验性技术，当前技术也不能够可靠地预测缺陷的形成，因此当前技术通常仅仅用于检测现有的缺陷。

更具体地说，现有的建筑材料和用于检查材料的对应的系统和技术对于以足够的准确度和精度检测材料上或材料中的例如拉伸应力或压缩应力的应力的存在是不足够的，从而无法在缺陷出现之前对其进行预测。用于感测材料缺陷的现有可用技术通常基于一维光纤布拉格光栅。这些光纤提供了一维信息：即，它们只能检测沿光纤的长度发生的应力，以及只能检测对应于结构材料中具有显著裂纹和破裂的已损坏材料的基本应力。

需要一种能够快速并且非破坏性地执行的用于准确地检测大结构中的扰动的方法。

关于这些和其它考虑，本文中所做的公开被呈现。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供了一种光子位移传感器，所述光子位移传感器包括光子光纤，所述光子光纤包含：a)芯部分，所述芯部分具有沿延伸的纵向轴线排列的第一带隙，以及b)包层部分，所述包层部分包围芯部分，所述芯部分具有第二带隙。第一带隙适于阻挡以沿纵向轴线定向的第一波长为中心的辐射光谱带，并且第二带隙适于阻挡以横向于纵向轴线定向的第二波长为中心的辐射光谱带，并且其中基于光子光纤的第一和第二带隙中的至少一个中的偏移来检测位移，使得能够检测与光子光纤中的位移成比例的辐射强度。

在一些实施例中，光子光纤的芯部分包括光纤布拉格光栅，并且包层部分由光子晶体光纤构成。

在其它实施例中，光子位移传感器进一步包括嵌入在包层部分内的多个荧光团。

光子位移传感器的实施例还可以包括邻近光子光纤的包层定位的收集光纤，以便接收通过包层泄漏的辐射。

在一些实施方案中，光子位移传感器进一步包括第二光子光纤，所述第二光子光纤包含具有第三带隙的芯部分和包围芯部分的包层部分，其中第一光子光纤适于感测拉伸并且第二光子光纤适于感测压缩或第一光子光纤适于感测压缩并且第二光子光纤适于感测拉伸。此类实施方案还可以包含邻近光子光纤的包层定位的收集光纤，以便接收通过第一光子光纤和第二光子光纤中的至少一个泄漏的辐射。

光子位移传感器的实施例可以进一步包括定位于芯部分中的多个荧光团，所述多个荧光团具有与第一带隙重叠的发射波长。在一些实施方案中，多个荧光团包含第一类型的荧光团和第二类型的荧光团，第二类型的荧光团可以被第一类型的荧光团的发射激发。第一类型的荧光团可以包含铥(Tm+3)离子，并且第二类型的荧光团可以包含镝(Dy+3)离子。

光子位移传感器的进一步的实施例包含包层内的第二芯部分，第二芯部分具有不同于第一芯部分的第一带隙的第三带隙。在一些实施方案中，光子位移传感器可以包含定位于包层部分中的多个荧光团。收集光纤可以邻近包层定位，以便接收通过包层泄漏的辐射。收集光纤也可以包含多个荧光团。