本發(fā)明屬于傳感及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖SPR傳感的具有擴(kuò)展功能的光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置及方法。

背景技術(shù)：

SPR(表面等離子體共振)現(xiàn)象是一種發(fā)生在金屬與電介質(zhì)界面的物理光學(xué)現(xiàn)象。金屬表面的自由電子在光線的照射時(shí)會(huì)偏離原來的平衡位置，從而形成周期性的間歇震蕩波，即表面等離子體波(SPW)。當(dāng)入射光的波矢與表面等離子體波矢滿足相位匹配條件時(shí)，二者產(chǎn)生共振，就會(huì)產(chǎn)生表面等離子體共振也就是SPR現(xiàn)象。此時(shí)入射光的能量將會(huì)大量的耦合到表面等離子體，透射光強(qiáng)發(fā)生顯著的減弱。由于SPR對(duì)附著在金屬表面的電介質(zhì)的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，利用SPR傳感器的透射光譜可以實(shí)時(shí)跟蹤電介質(zhì)折射率的變化，進(jìn)而檢測(cè)出折射率不同的物質(zhì)。光纖SPR傳感技術(shù)是將光纖與SPR有效結(jié)合的一種新技術(shù)。光纖SPR傳感器采用光纖作為載體，跟傳統(tǒng)的棱鏡型SPR傳感器相比，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：小型化、無標(biāo)記、耗樣量少，以及可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)檢測(cè)。目前用于各類生物試劑檢測(cè)的光纖SPR傳感器種類非常多，但是已有的SPR傳感器在檢測(cè)時(shí)每次只能檢測(cè)一種物質(zhì)，單位耗時(shí)長(zhǎng)，檢測(cè)效率低。

20世紀(jì)中葉以來生物醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展，各類生物醫(yī)學(xué)問題逐漸成為研究熱點(diǎn)，其中生物試劑的檢測(cè)是研究的重點(diǎn)之一。目前已經(jīng)發(fā)展成熟且被廣泛使用的生物傳感檢測(cè)方法，所需要的前期處理工序較多、測(cè)量結(jié)果常引入人為因素、檢測(cè)手段耗時(shí)較長(zhǎng)且一般需要對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，這些都阻礙了生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。與傳統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)手段相比，光纖SPR傳感技術(shù)具有實(shí)時(shí)檢測(cè)、無標(biāo)記、耗樣量少等特點(diǎn)，在生物傳感、檢測(cè)方面越來越受到重視。除此以外，光纖SPR技術(shù)還可廣泛用于環(huán)保、生化、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)研究等。

目前光纖SPR技術(shù)尚處于起步階段，并且利用光纖SPR傳感器對(duì)多種生物化學(xué)試劑進(jìn)行檢測(cè)時(shí)一般是采用單個(gè)光源與單個(gè)光纖SPR傳感器對(duì)待測(cè)試劑逐一進(jìn)行傳感檢測(cè)，耗時(shí)較多，檢測(cè)結(jié)果難以相互比較。因此實(shí)現(xiàn)多種待測(cè)介質(zhì)的復(fù)用傳感檢測(cè)，可以大幅度的提高檢測(cè)效率，從而更廣泛的應(yīng)用于全社會(huì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有的光纖SPR傳感檢測(cè)裝置每次一般只能檢測(cè)一種待測(cè)物、單位耗時(shí)較長(zhǎng)、檢測(cè)效率低下的問題。為了更好的實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化應(yīng)用，更少的占用光源、光譜分析儀等硬件資源，本發(fā)明提供了一種具有擴(kuò)展功能的光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置及方法。利用激光分束器以及濾光片技術(shù)，避免了多個(gè)光路之間的波段重疊、相互干擾現(xiàn)象，將三個(gè)或者多個(gè)光纖SPR傳感器進(jìn)行組合，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)或者三個(gè)以上的待測(cè)介質(zhì)的同時(shí)傳感檢測(cè)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置，包括：

光源：采用鹵鎢燈寬帶光源；

分束器：用于將光源發(fā)出的光分成三束同等光強(qiáng)的光；

濾光片：包括三個(gè)中心波長(zhǎng)不同的第一濾光片、第二濾波器和第三濾波器，將光源發(fā)出的光分成不同波段的光，且三者透射光譜之間彼此沒有重疊；

光纖SPR傳感器：包括三個(gè)共振特征波長(zhǎng)值及SPR共振峰不同的第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器用于分別進(jìn)行多個(gè)被測(cè)物質(zhì)折射率的同時(shí)傳感；

合束器：用于將多個(gè)擁有不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行合束，成為一束光并輸出；

光譜分析儀：集信息采集，處理，存儲(chǔ)諸功能于一體，用于實(shí)時(shí)顯示不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信息；

計(jì)算機(jī)：對(duì)光譜分析儀采集到的光譜信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和解調(diào)處理，同時(shí)獲得被測(cè)物質(zhì)的折射率信息。

利用上述光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置的解調(diào)方法，包括以下步驟：

光源發(fā)出的光束經(jīng)過分束器后被分成三束等光強(qiáng)的光束；所述三束等光強(qiáng)的光束再分別通過三個(gè)中心波長(zhǎng)不同、光譜互不重疊的第一濾光片、第二濾波片和第三濾波片，從而形成擁有不同波段的三束彼此獨(dú)立的光束；

所述三束彼此獨(dú)立的光束作為獨(dú)立的輸入光源分別通過三個(gè)不同的第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器，利用第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器分別檢測(cè)三種不同的被測(cè)物質(zhì)，并將物質(zhì)的折射率信息轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)；

通過上述第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器的三束光經(jīng)合束器合束后重新合為一束光并輸入光譜分析儀，所述光譜分析儀將采集到的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)信息輸送至計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)光強(qiáng)信息的解調(diào)獲得三種不同物質(zhì)的折射率信息，從而實(shí)現(xiàn)了通過一種光源同時(shí)進(jìn)行三種被測(cè)物質(zhì)的同時(shí)傳感檢測(cè)。

針對(duì)上述光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置的功能擴(kuò)展方法是，通過增加分束器和合束器的端口數(shù)量，從而擴(kuò)展復(fù)用通道數(shù)，每個(gè)復(fù)用通道均分別布置一個(gè)濾光片和一個(gè)光纖SPR傳感器，所有濾光片的透射光譜不重疊。其中，分束器和合束器的端口數(shù)量取決于寬帶光源的光譜范圍和濾光片的帶寬大小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

與傳統(tǒng)的光纖SPR傳感檢測(cè)裝置及方法不同，本發(fā)明裝置使用了激光分束器以及濾波片，采用三個(gè)(也可以擴(kuò)展為更多)光纖SPR傳感器來實(shí)現(xiàn)多種物質(zhì)的同時(shí)檢測(cè)，有效的提高了傳感檢測(cè)的效率，并減少了對(duì)光源、光譜儀等硬件設(shè)施的占用。

附圖說明

圖1是具有擴(kuò)展功能的光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置的原理圖。

圖中：1是光源，2是分束器，3是第一濾光片，4是第二濾光片，5是第三濾光片，6是第一光纖SPR傳感器，7是第二光纖SPR傳感器，8是第三光纖SPR傳感器，9是合束器，10是光譜分析儀，11是計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明提出了一種光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置，如圖1所示，該裝置是基于光纖SPR傳技術(shù)，通過多個(gè)光纖SPR傳感器的復(fù)用傳感解調(diào)而同時(shí)得到不同待測(cè)介質(zhì)的信息。該裝置包括：光源1、分束器2、濾光片、光纖SPR傳感器、合束器9、光譜分析儀10和計(jì)算機(jī)11；其中，光源1采用鹵鎢燈寬帶光源；分束器2用于將光源發(fā)出的光分成三束同等光強(qiáng)的光；本發(fā)明中的濾光片包括三個(gè)中心波長(zhǎng)不同的第一濾光片4、第二濾波器4和第三濾波器5，將光源發(fā)出的光分成不同波段的光，且三者透射光譜之間彼此沒有重疊；本發(fā)明中的光纖SPR傳感器包括三個(gè)共振特征波長(zhǎng)值及SPR共振峰不同的第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器8用于分別進(jìn)行多個(gè)被測(cè)物質(zhì)折射率的同時(shí)傳感；合束器9用于將多個(gè)擁有不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行合束，成為一束光并輸出；光譜分析儀10集信息采集，處理，存儲(chǔ)諸功能于一體，用于實(shí)時(shí)顯示不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信息；計(jì)算機(jī)11對(duì)光譜分析儀采集到的光譜信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和解調(diào)處理，同時(shí)獲得被測(cè)物質(zhì)的折射率信息。

采用上述光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置的解調(diào)方法包括以下步驟：

光源1為鹵鎢燈寬帶光源，光源1發(fā)出的光束經(jīng)過分束器2后，被分成三束彼此獨(dú)立的等光強(qiáng)的光束；所述三束等光強(qiáng)的光束再分別通過三個(gè)中心波長(zhǎng)不同、光譜互不重疊即擁有不同濾光特性的的第一濾光片3、第二濾波片4和第三濾波片5，經(jīng)過濾光片濾光作用后，這三個(gè)光束中光就在波段上被分開，從而形成擁有不同波段的三束彼此獨(dú)立的光束繼續(xù)向前傳輸；

所述三束彼此獨(dú)立的光束作為獨(dú)立的輸入光源分別通過三個(gè)不同的第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7，此時(shí)這個(gè)三個(gè)光束中均可以獨(dú)立的進(jìn)行物質(zhì)的傳感檢測(cè)，此時(shí)待測(cè)物質(zhì)的濃度信息將被轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)而由光束攜帶；當(dāng)利用第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7分別檢測(cè)三種不同的被測(cè)物質(zhì)時(shí)，可將其濃度信息通過物質(zhì)的折射率變換信息轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)；

通過上述第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7的三束光經(jīng)合束器9合束后重新合為一束光，經(jīng)過傳輸后進(jìn)入光譜分析儀10，由光譜分析儀10來對(duì)入射的光束信息進(jìn)行采集和不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信息的分析。并輸入光譜分析儀10，所述光譜分析儀10將采集到的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)信息輸送至計(jì)算機(jī)11，計(jì)算機(jī)11已安裝有相應(yīng)的軟件和程序，可以對(duì)光譜分析儀10輸出的光譜信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，利用計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)PR共振吸收光譜數(shù)據(jù)即光強(qiáng)-波長(zhǎng)曲線重新解調(diào)處理后，就可以同時(shí)獲得被測(cè)的三種物質(zhì)的折射率信息。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了使用同一光源及裝置可以同時(shí)進(jìn)行三種被測(cè)物質(zhì)的同時(shí)傳感檢測(cè)，并且通過對(duì)同一光譜的解調(diào)，可同時(shí)獲得三種不同物質(zhì)的折射率信息。

本發(fā)明光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置可以進(jìn)行復(fù)用擴(kuò)展。當(dāng)增加分束器和合束器的端口數(shù)量時(shí)，能夠擴(kuò)展裝置的復(fù)用通道數(shù)，每個(gè)復(fù)用通道可以放置一個(gè)濾光片和一個(gè)光纖SPR傳感器，其中新增濾光片的透射光譜應(yīng)與已有濾光片的透射光譜不重疊。本裝置可具有持續(xù)擴(kuò)展能力，但擴(kuò)展規(guī)模受限于寬帶光源的光譜范圍和濾光片的帶寬大小。

另外，以上裝置中的檢測(cè)光路可以由三路擴(kuò)展為更多路，也就是說分束器在進(jìn)行分光時(shí)將光分為更多束，同樣的在每一路中分別接入一個(gè)光纖SPR傳感器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)更多種物質(zhì)的同時(shí)傳感檢測(cè)。

實(shí)施例：將本發(fā)明光纖SPR復(fù)用傳感解調(diào)裝置用于同時(shí)檢測(cè)三種生物試劑濃度，將三個(gè)光纖SPR傳感器，分別置于三種濃度未知的生物試劑中時(shí)，按照本發(fā)明中提供的解調(diào)方法可實(shí)現(xiàn)這三種試劑折射率的同時(shí)檢測(cè)。最終通過計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)庾V數(shù)據(jù)重新解調(diào)處理后，就可以同時(shí)獲得被測(cè)的三種生物試劑的濃度信息。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。