一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，包括作為基底的塑料光纖和在塑料光纖側(cè)面加工的微孔結(jié)構(gòu)，所述微孔的軸向垂直橫穿塑料光纖的軸向；在所述塑料光纖的一端設(shè)置有提供光信號(hào)的光源，在所述塑料光纖的另一端設(shè)置有功率計(jì)，以檢測光源經(jīng)所述塑料光纖傳播后的功率損耗。本發(fā)明所述的塑料光纖是低損耗類光波導(dǎo)，在一定的長度下忽略在光波導(dǎo)中的傳輸損耗，所以光纖的損耗只與傳感頭，即微孔結(jié)構(gòu)部位的損耗有關(guān)。本發(fā)明利用機(jī)械加工方法在光纖側(cè)面制作微孔傳感結(jié)構(gòu)，具有工藝簡單，生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)；其良好的溫度穩(wěn)定性使得該結(jié)構(gòu)在折射率檢測中具有重要應(yīng)用。
【專利說明】一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器及其制備方法 與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器及其制備方法與應(yīng)用，屬 于傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾、抗化學(xué)腐蝕、尺寸小和快速響應(yīng)等特點(diǎn)。 與傳統(tǒng)石英光纖相比，塑料光纖具有芯徑大、韌性高、價(jià)格低廉、制作簡單、維護(hù)簡便、可靠 性高等優(yōu)點(diǎn)。因此，塑料光纖（P0F)傳感器是目前國內(nèi)外廣泛研究的一種傳感器。其中，基 于塑料光纖的折射率傳感器在環(huán)境監(jiān)測、臨床檢驗(yàn)、食品檢測等眾多領(lǐng)域有著極為重要的 應(yīng)用。但是目前國內(nèi)外針對(duì)光纖的研究主要存在以下問題：
[0003] 1)國內(nèi)外報(bào)道的光纖折射率傳感器多數(shù)基于特種光纖或者干涉儀結(jié)構(gòu)，存在價(jià)格 昂貴、折射率溫度交加敏感以及穩(wěn)定性差等問題；
[0004] 2)有關(guān)塑料光纖的研究較多，而將其應(yīng)用于折射率傳感領(lǐng)域的研究卻較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器。
[0006] 本發(fā)明還提供一種上述折射率傳感器的制備方法。
[0007] 本發(fā)明還提供一種利用上述折射率傳感器測量液體折射率的方法。本發(fā)明具有工 藝簡單、生產(chǎn)率高、成本低、對(duì)溫度不敏感以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，包括作為基底的塑料光纖和在塑料 光纖側(cè)面加工的微孔結(jié)構(gòu)，所述微孔的軸向垂直橫穿塑料光纖的軸向；在所述塑料光纖的 一端設(shè)置有提供光信號(hào)的光源，在所述塑料光纖的另一端設(shè)置有功率計(jì)，以檢測光源經(jīng)所 述塑料光纖傳播后的功率損耗。本發(fā)明所述的塑料光纖是低損耗類光波導(dǎo)，在一定的長度 下忽略在光波導(dǎo)中的傳輸損耗，所以光纖的損耗只與傳感頭，即微孔結(jié)構(gòu)部位的損耗有關(guān)， 而與傳感微孔的位置無關(guān)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述塑料光纖為直徑〇. 5mm的塑料光纖。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述塑料光纖為Mitsubishi公司生產(chǎn)的EL250型塑料光纖。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述塑料光纖的參數(shù)：芯材為PMMA，包層為氟樹脂；幾何尺 寸為480/500 μ m ;纖芯折射率1. 49,纖芯數(shù)值孔徑（NA)為0. 5,包層折射率1. 40 ;透光 率，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，該傳感器包括作為基底 的塑料光纖和在塑料光纖側(cè)面加工的微孔結(jié)構(gòu)，所述微孔的軸向垂直橫穿塑料光纖的軸 向；在所述塑料光纖的一端設(shè)置有提供光信號(hào)的光源，在所述塑料光纖的另一端設(shè)置有功 率計(jì)，以檢測光源經(jīng)所述塑料光纖傳播后的功率損耗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于， 所述塑料光纖為直徑0. 5mm的塑料光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于， 所述塑料光纖為Mitsubishi公司生產(chǎn)的EL250型塑料光纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于， 所述塑料光纖的參數(shù)：芯材為PMMA，包層為氟樹脂；幾何尺寸為480/500 μ m ;纖芯折射率 1.49,纖芯數(shù)值孔徑（NA)為0.5,包層折射率1.40;透光率/ %她―1彡95 (570nm)，損耗/ dB*!?1 彡 200(570nm);波長范圍為 420- 680nm，適用溫度-20°C?70°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于， 所述的微孔的孔徑為〇. 1-0. 4mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于微孔結(jié)構(gòu)的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于， 所述的微孔的孔徑為〇. 35mm。
7. -種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述折射率傳感器的制備方法，其特征在于，采用現(xiàn)有 機(jī)械加工的方法橫穿整個(gè)塑料光纖的包層和纖芯加工微孔，所述微孔的軸向垂直橫穿塑料 光纖的軸向。
8. -種利用如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述折射率傳感器測量液體折射率的方法，其特 征在于，包括步驟如下： 1) 波長為652nm的LED光源經(jīng)光纖輸入端口耦合到一段內(nèi)外徑為480/500 μ m的塑料 光纖中，并在具有包層束縛下在塑料光纖中傳輸； 2) 光線在到達(dá)所述微孔區(qū)域后，光線經(jīng)微孔的負(fù)透鏡效應(yīng)發(fā)生折射，并向外發(fā)散使得 全反射條件被破壞，導(dǎo)致光耦合出塑料光纖； 3) 當(dāng)微孔中填充不同折射率的液體時(shí)，其負(fù)透鏡效應(yīng)會(huì)不同，進(jìn)而光的折射路徑會(huì)不 同，導(dǎo)致的光的損耗會(huì)不同；通過檢測接收光的損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔中折射率的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的折射率傳感器測量液體折射率的方法，其特征在于，外界待 測液體通過微流控裝置流入所述微孔中；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界待測液體折射率的快速實(shí)時(shí)監(jiān) 測。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK104267000SQ201410584198
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】劉冠秀, 馮德軍 申請人:山東大學(xué)