基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置。包括光源、鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵、單模光纖和光譜儀。所述的光源通過(guò)單模光纖連接鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵，該光柵的另一端通過(guò)單模光纖連接到光譜儀上。當(dāng)該裝置處于氫氣環(huán)境中時(shí)，鈀銀合金膜會(huì)吸收環(huán)境中的氫氣，引起光纖的倏逝場(chǎng)發(fā)生變化。其倏逝波與金屬表面自由電子產(chǎn)生的表面等離子波發(fā)生共振，從而產(chǎn)生諧振峰。用等離子體諧振峰與布拉格諧振峰二者的間隔就可測(cè)得氫氣濃度。傾斜光纖光柵的布拉格諧振峰對(duì)溫度敏感。因此，我們可以利用傾斜光纖光柵的等離子體諧振峰和布拉格諧振峰實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣濃度和溫度的雙參數(shù)測(cè)量。
【專利說(shuō)明】基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置。它是一種能夠?qū)Νh(huán)境中氫氣的濃度、環(huán)境溫度雙參數(shù)測(cè)量的裝置。這不僅降低了對(duì)多參數(shù)測(cè)量的成本，還可以有效的解決交叉敏感問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子共振(SPR, Surface Plasmon resonance)是指在金屬和電介質(zhì)(或空氣)之間，與自由電子密度振蕩相耦合的表面等離子激元的激發(fā)。表面等離子激元是一種沿金屬和絕緣材料界面?zhèn)鞑サ腡M偏振電磁波，在金屬和介質(zhì)中其電磁場(chǎng)都成指數(shù)快速衰減，并且其諧振峰對(duì)介質(zhì)折射率的變化非常敏感。當(dāng)靠近金屬薄膜表面的介質(zhì)折射率發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起諧振峰的變化，進(jìn)而可以通過(guò)分析諧振峰的變化量來(lái)測(cè)定溶液中目標(biāo)物質(zhì)的濃度或者氣體的濃度。SPR傳感技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)的基于物理光學(xué)特性的新型分析技術(shù)，具有不需對(duì)分子進(jìn)行標(biāo)記、樣品無(wú)需分離純化、能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物分子之間結(jié)合的全過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種成熟的檢測(cè)生物分子間相互作用的應(yīng)用方法，也受到了越來(lái)越多的環(huán)境工作者的重視。目前典型的SPR傳感器采用Kretchmann棱鏡型結(jié)構(gòu)，存在體積龐大，難以實(shí)時(shí)檢測(cè)的明顯缺點(diǎn)，特別是角度調(diào)制需要精確的步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)角度調(diào)整裝置，角度分辨率要求非常精密。
[0003]現(xiàn)有的很多測(cè)量氫氣濃度裝置只是對(duì)氫氣濃度的單一參量的測(cè)量，并且易受外界其它因素(尤其是溫度)的干擾?，F(xiàn)實(shí)生活中需要測(cè)量氫氣環(huán)境中的多參量，而且同時(shí)需要解決這些多參量的交叉敏感問(wèn)題。所以仍存在不少技術(shù)困難，在應(yīng)用過(guò)程中遇到了較大障礙，迫切需要研發(fā)新的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置。
[0005]對(duì)于氫氣濃度測(cè)量，可以在傾斜光纖光柵表面上鍍一層鈀銀合金膜。當(dāng)鈀銀合金膜處于氫氣環(huán)境中時(shí)，會(huì)吸收氫氣，鈀銀合金膜的折射率η發(fā)生變化，引起光纖的倏逝場(chǎng)發(fā)生變化。該倏逝波與金屬表面自由電子產(chǎn)生的表面等離子波發(fā)生共振，從而產(chǎn)生諧振峰。因此，我們可以利用傾斜光纖光柵的等離子體諧振峰和布拉格諧振峰的漂移大小實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣濃度、溫度雙參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。這不僅降低了傳感器的制作成本、還可以有效地解決交叉敏感問(wèn)題。
[0006]具體技術(shù)方案:
[0007]—種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，該裝置包括光源、鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵、單模光纖和光譜儀；所述的光源通過(guò)單模光纖連接鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵，鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵的另一端通過(guò)單模光纖連接到光譜儀上；所述傾斜光纖光柵的傾斜角度為8°。
[0008]所述鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵是采用磁控濺射法在傾斜光纖光柵表面鍍有鈀銀合金膜，鈀銀合金膜厚度為50nm。
[0009]所述的光源為超連續(xù)光源。
[0010]本發(fā)明的工作原理:傾斜光纖光柵表面鍍的鈀銀合金膜會(huì)吸收環(huán)境中的氫氣，鈀銀合金膜的折射率η發(fā)生變化，引起光纖的倏逝場(chǎng)發(fā)生變化。而倏逝波與金屬表面自由電子產(chǎn)生的表面等離子波發(fā)生共振，從而產(chǎn)生諧振峰。對(duì)于傾斜光纖光柵，氫氣濃度改變，等離子體諧振峰發(fā)生漂移。并且研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣濃度保持不變，只改變溫度，等離子體諧振峰和布拉格諧振峰的漂移量相同。所以我們可以用等離子體諧振峰與布拉格諧振峰二者的間隔去探測(cè)外界的氫氣濃度的變化，這樣排除溫度變量的影響。氫氣的濃度不同，等離子體諧振峰和布拉格諧振峰二者的間隔也不同。同時(shí)傾斜光纖光柵的布拉格諧振峰對(duì)溫度敏感。因此，我們可以利用傾斜光纖光柵的等離子體諧振峰和布拉格諧振峰實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣濃度、溫度雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0012]本發(fā)明具有制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、集成度高、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還可以廣泛應(yīng)用于傳感器和惡劣環(huán)境中的氫氣測(cè)量領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明中基于鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中，I鈀銀合金膜薄膜，2傾斜光纖光柵，3光纖包層，4光纖纖芯，5光源，6單模光纖，7鍍有鈀薄膜的傾斜光纖光柵，8光譜儀。
[0016]為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖2所不,一種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，該裝置包括光源5，單模光纖6，鍍有鈀銀合金薄膜的傾斜光纖光柵7和光譜儀8。所述的光源5通過(guò)單模光纖6接到鍍有鈀銀合金薄膜的傾斜光纖光柵7上，鍍有鈀銀合金薄膜的傾斜光纖光柵7的另一端通過(guò)單模光纖6接到光譜儀8上。
[0018]圖1所示為鍍有鈀銀合金薄膜的傾斜光纖光柵7，傾斜光纖光柵2表面鍍有鈀銀合金薄膜I。鍍有鈀銀合金薄膜的傾斜光纖光柵7處于氫氣環(huán)境中時(shí)，鈀銀合金薄膜I的折射率η發(fā)生變化，引起光纖的倏逝場(chǎng)發(fā)生變化。而倏逝波與金屬表面自由電子產(chǎn)生的表面等離子波發(fā)生共振，從而產(chǎn)生諧振峰。對(duì)于傾斜光纖光柵2，氫氣濃度改變，等離子體諧振峰發(fā)生漂移。研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣濃度不變，只改變溫度，等離子體諧振峰和布拉格諧振峰的漂移量相同。我們可以用等離子體諧振峰與布拉格諧振峰二者的間隔去探測(cè)外界的氫氣濃度的變化，這樣排除溫度波動(dòng)的影響。氫氣的濃度不同，等離子體諧振峰和布拉格諧振峰二者的間隔也不同。同時(shí)傾斜光纖光柵的布拉格諧振峰對(duì)溫度敏感。因此，我們可以利用傾斜光纖光柵的等離子體諧振峰和布拉格諧振峰實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣濃度、溫度進(jìn)行雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量。對(duì)于氫氣濃度和溫度測(cè)量，觀察傾斜光纖光柵2在光譜儀8上的光譜，等離子體諧振峰和布拉格諧振峰的變化就可以探知?dú)錃鉂舛群蜏囟鹊拇笮　?br> [0019]實(shí)際使用時(shí)，用光譜儀8檢測(cè)光譜，由此記錄等離子體諧振峰和布拉格諧振峰就可以測(cè)氫氣的濃度和環(huán)境的溫度。選擇布拉格諧振峰與選定一等離子體諧振峰二者之間的間隔就可以測(cè)氫氣的濃度，同時(shí)測(cè)試布拉格諧振峰變化就可以獲取溫度變化的相關(guān)信息。通過(guò)適當(dāng)?shù)男?zhǔn)后，就可以對(duì)未知的氫氣的濃度和環(huán)境中的溫度進(jìn)行測(cè)量，本實(shí)施在工作范圍內(nèi)，其靈敏度極高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成。
【權(quán)利要求】
1.一種基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括光源、單模光纖、鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵和光譜儀；所述的光源通過(guò)單模光纖連接到鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵，鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵的另一個(gè)端通過(guò)單模光纖連接到光譜儀上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的傾斜光纖光柵的傾斜角度為8°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的鍍有鈀銀合金膜的傾斜光纖光柵是采用磁控濺射法在傾斜光纖光柵表面鍍膜，鈀銀合金膜厚度為50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傾斜光纖光柵對(duì)氫氣濃度和環(huán)境溫度的雙參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的光源為超連續(xù)光源。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK103822901SQ201410084707
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】苗銀萍, 藺際超, 林煒, 張楷亮, 袁育杰, 張昊, 劉波 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)