[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于TFBG测量微流控速度和方向的光纤传感器，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，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），传感器（8）的表面二分之一镀有纳米金涂层（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；传感器（8）表面的纳米金涂层浸入液体中后，包层模有效折射率发生变化，包层模共振的扰动量与被液体包围的传感器（8）的长度直接相关，当传感器（8）完全在空气中、完全在液体中、镀有纳米金涂层（6）的部分和没有镀有纳米金涂层（6）的部分在液体中时，四种情况下光谱仪（8）中检测到的透射光谱发生不同情况的波长漂移，得到四种不同的透射光谱，通过啁啾光纤光栅（9）可以选取包层模共振区，将避免不同传感器信号之间的串扰和通过反射光谱的功率强度进行解调，并且通过光功率计（5）表征特定波长反射光谱变化；在液体流过TFBG（7）时，通过光谱仪（19）中检测的完全在空气中透射光谱为基准，由波长的漂移量和漂移方向判断微流体的速度和方向，通过选择适当的光谱仪（19）扫描频率，可以在一个扫描周期内观察沿着传感器（8）移动的液体的整个过程，获得微流液体的流速和流动方向。