[发明专利]一种基于微纳光纤的pH/盐度传感器

说明书

本发明公开了一种基于微纳光纤的pH/盐度传感器，包括柔性基底、柔性薄膜、以及第一微纳光纤和/或第二微纳光纤，第一微纳光纤的腰区涂覆有对pH敏感的第一敏感涂层，第二微纳光纤的腰区涂覆有对盐度敏感的第二敏感涂层，所述柔性薄膜与柔性基底之间设有微流控通道，第一微纳光纤的腰区、第二微纳光纤的腰区封装于柔性基底与+柔性薄膜之间，且所述第一敏感涂层、第二敏感涂层置于所述微流控通道中，所述柔性基底和柔性薄膜的折射率小于各微纳光纤的纤芯的折射率。本发明可实现对pH值和盐度的同时检测，具有高灵敏度、高分辨率、高稳定性及良好的柔性，便于应用在可穿戴设备、智能机器人等的触觉感知控制系统中。

技术领域

本发明涉及利用微纳光纤监测红外光、可见光或紫外光的强度或偏振变化，以及涉及用于控制系统的测试装置，尤其涉及一种触觉感知控制系统的pH传感器和盐度传感器。

背景技术

触觉是人类获得外界信息的重要渠道之一，近些年来研究者们致力于柔性触觉传感器的开发，以模仿人类皮肤的功能为机器与周围环境的交互提供解决方案。然而，目前报道的触觉传感器多用于检测所接触的固体界面或气体界面处产生的机械力、温度、湿度等信号，而对于所接触的液体界面性质如pH、盐度等信息的感知则鲜有报道。因此，开发可精确感知所接触液体pH值和盐度的高性能传感器，对于识别所接触液体的酸碱度、盐度等信息，丰富触觉传感器的功能和应用场景具有巨大意义。

目前研究的pH或盐度传感器多基于电学原理，易受电磁干扰、难以在核辐射及化学腐蚀性条件下工作，且其灵敏度受到Nernst方程的限制，难以突破59 mV/decade的极限，这在很大程度上限制其在实际中的应用。此外电学传感器与外部器件的连接仍需导线，这使得器件的稳定性和集成度在很大程度上受到制约。基于光学原理的光纤pH/盐度传感器具有抗电磁干扰、耐化学腐蚀等特性，可克服电学传感器的缺陷。但由于普通光波导的尺寸较大，所得传感器往往灵敏度和分辨率较低，响应时间较慢，且不易于制备微型化、紧凑型的高集成度传感器件。

微纳光纤作为一种新型光纤，多使用加热拉伸法得到，使用加热拉伸法制备的微纳光纤通常包括腰区、过渡区和未拉伸区。微纳光纤的腰区直径接近或小于所传输的光的波长，当光在微纳光纤中传输时，相当一部分能量以倏逝场的形式存在于光纤外部的介质。微纳光纤以其尺寸小、光场约束能力强、倏逝场比例大、机械强度好、弯曲半径小、损耗低等特点，被称为“下一代光纤”。以微纳光纤为基础制备的光学传感器具有尺寸小、灵敏度和分辨率高，响应快速等特点，为制备高性能、微型化、紧凑型的传感器件提供了可能。

目前，基于微纳光纤的pH或盐度传感器尚未见报道，制备高灵敏度的微纳光纤pH/盐度传感器可一定程度上填补该领域的技术空白。另一方面，pH/盐度传感器应用于可穿戴设备或智能机器人等领域时，还要求具有较好的柔性，以便稳定地贴附于人体或机器人表面。因此，开发一种高灵敏度的柔性微纳光纤pH/盐度传感器非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微纳光纤的pH/盐度传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明基于微纳光纤的pH/盐度传感器包括柔性基底和柔性薄膜，还包括第一微纳光纤和/或第二微纳光纤，第一微纳光纤的腰区涂覆有对pH敏感的第一敏感涂层，第二微纳光纤的腰区涂覆有对盐度敏感的第二敏感涂层，所述柔性薄膜与柔性基底之间设有微流控通道，第一微纳光纤的腰区、第二微纳光纤的腰区封装于柔性基底与柔性薄膜之间，且所述第一敏感涂层、第二敏感涂层置于所述微流控通道中，所述柔性基底和柔性薄膜的折射率小于各微纳光纤的纤芯的折射率。

进一步地，本发明所述第一微纳光纤的腰区横跨所述微流控通道，所述第二微纳光纤的腰区横跨所述微流控通道。

进一步地，本发明所述微流控通道的入液口、出液口均设于柔性基底上、或者均设于柔性薄膜上、或者分设于柔性基底和柔性薄膜上。