[发明专利]干涉测量光纤传感器、光纤探头以及检测化学物质的方法

说明书

公开了一种用于检测化学物质的干涉测量光纤传感器，包括光源（1，1.1，1.2，1.3）、检测器（2，2.1，2.2，2.3）以及布置在所述光源（1，1.1，1.2，1.3）和所述检测器（2，2.1，2.2，2.3）之间的光路，还包括分光元件（3，3.1，3.2，3.3）以及光纤段（4），所述检测器（2，2.1，2.2，2.3）和所述光源（1，1.1，1.21.3）连接到所述分光元件（3，3.1，3.2，3.3），具有构成谐振腔的测量元件（5），其具有适于与待检测的化学物质接触的面（6）。所述光纤段（4）和所述测量元件（5）被挤压在一起，使得在它们之间仅有残留腔（7）。所述光纤段（4）至少沿其长度的一部分被包含在毛细管（11）内。所述毛细管（11）的第一端部与所述测量元件（5）连结，而所述毛细管（11）的其它部分夹握在所述光纤段（4）上，从而所述毛细管（11）、所述光纤段（4）和所述测量元件（5）一起构成作为所述光路的一部分的光纤测量探头（13）。所述毛细管（11）具有至少5 mm的长度。本公开还涉及一种探头以及一种用于利用所述干涉测量光纤传感器检测化学物质的方法。

技术领域

本发明涉及干涉测量光纤传感器、光纤探头以及使用具有光纤探头的干涉测量光纤传感器检测化学物质的方法。

背景技术

用于诸如温度、应变的测量参数或物质检测的干涉测量光纤传感器在本领域中是已知的。

国际专利申请的出版物WO2018106134公开了包括迈克尔逊干涉仪的干涉测量光纤传感器，该干涉仪的一个臂覆盖有适于与待检测物质相互作用的活性物质。这种相互作用的结果是活性物质的厚度或光学厚度、测量臂端部的折射率或衰减的变化。这种干涉测量光纤传感器可以用于检测测量臂周围环境中物质的存在。特别地，测量臂可以浸入未知物质中以检测该物质是否包括预定的一种或多种物质。可以选择活性物质，使其仅与一种待检测物质或一组待检测物质反应。一种检测方法包括在与环境或未知物质接触之前以及与环境或未知物质接触之后观察干涉条纹。如果检测到干涉条纹的特定偏移，则检测到预定物质的存在。

在现有技术中，还已知干涉测量传感器的其它构造。法布里-珀罗干涉仪是所谓的多光束干涉仪之一，并且用于检查光波以及利用光束在两个平行且部分透明的反射镜之间的多次反射现象。

这种结构的一个例子是EP 3054272的说明书中公开的燃料液位传感器，其可以作为一个例子，其中，用半导体材料（例如砷化镓）在光纤上制成光学腔。光学腔被附接到膜片的下表面，并且由膜片在腔上的压力变化引起的尺寸变化使得可能将该结果解释为燃料储备量的状态。

美国专利申请号US2005254062公开了用于检测分析物的存在或量或结合速率的干涉测量传感器和方法。传感器以法布里-珀罗构造工作，并且具有光源、检测器，它们之间的光路包括分光元件和测量元件探头，其中，光纤将光通过空气间隙传送到第一和第二光学元件。第二光学元件覆盖有能够结合分析物的物质。通过观察反射光的光谱来分析该分析物。文献公开了允许检测和测量特定物质-分析物（特别是抗原）的多种应用。该公开并非没有缺点。它需要第一和第二光学元件的高精度的制造，尤其需要空气间隙的精确限定。对于探头可重复和对于光谱变化被适当地观察来说，这是非任选的要求。但是其代价是使数学模型复杂化。探头的更换及其制造也是一个问题。

本领域已知的传感器难以大量生产，具有难以重复的参数，并且对于小样品来说有些麻烦。另一方面，诸如液位传感器的工业传感器仅给出关于已经满足的特定条件的有限信息。因此，需要一种能够应用于大量可重复测试和检查的传感器。本发明的目的是提供一种没有上述现有技术的缺点的干涉测量光纤传感器、光纤探头及其使用方法。

发明内容