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便攜式可更換的光纖spr傳感器探頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，該傳感器探頭包括光纖接口、針頭及探測光纖，所述光纖接口前端為光纖、后端為外部設備接口；所述針頭由兩段套管即前端套管和后端套管構成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測光纖的連接端插設于所述前端套管內部，所述前端套管限位固定所述探測光纖，以使所述探測光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對齊接觸。本發明的優點是，該傳感器探頭使用通用型針頭和探測光纖，成本低，制備過程簡單，可實現量產化；探頭上的探測光纖更換方便，通過不同條件的鍍膜和修飾，可形成傳感器探頭組，方便進行多元化的即時實地測量。
【專利說明】便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭
【技術領域】
[0001]本發明屬于表面等離子波傳感器【技術領域】，具體涉及一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭。
【背景技術】
[0002]表面等離子波共振(Surface Plasma Resonance, SPR)技術是近年來迅速發展起來的用于測量樣品折射率變化以監測樣品成分和濃度的一項技術，可以在SPR傳感器芯片/探頭上修飾敏感層使得傳感器只對某種物質敏感，以起到在污水或空氣中監測特定污染物濃度的目的，并且具有靈敏度較高、成本較低等優點。SPR傳感器分為角度、波長、強度和相位調制四種，傳統的棱鏡SPR傳感器通常使用角度調制，由于帶有轉動部件，故不方便攜帶。而光纖SPR傳感器因為具有測量機構簡單、傳感部分體積小、抗電磁干擾能力強，可以實時動態監測、遠程遙測，以及SPR信號不易受到外界因素影響等優點受到了廣泛的關注。其中又以波長調制型的光纖SPR傳感器最為方便，其主要是由光源、Y型光纖、光譜儀和探頭組成，不僅攜帶方便，而且只需將探頭插入待測液體或氣體中即可完成測量，操作方便。然而，一般的光纖SPR傳感器(如申請公布號為CN 102252999 A的專利)的探頭在鍍膜/修飾后只能進行單一項目的測量，如需測量其他項目，則需要更換探頭的光纖和光纖接口，光纖接口與光纖的耦合對接技術難度較大，無論是自行對接還是購買成品都需要較高的成本，難以實現量產。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，該傳感器探頭通過在光纖接口套接一可更換的針頭，便于插接不同的探測光纖，以在低成本的情況下更換探測光纖對不同項目進行測量。
[0004]本發明目的實現由以下技術方案完成:
一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述傳感器探頭包括光纖接口、針頭以及探測光纖，所述光纖接口的前端為光纖、后端為外部設備接口 ；所述針頭由不同管徑的兩段套管即前端套管和后端套管連接構成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測光纖的連接端插設于所述前端套管內部，所述前端套管的限位固定所述探測光纖，以使所述探測光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對齊接觸，其中所述切面均為拋光切面。
[0005]所述探測光纖與所述光纖接口上的光纖為同一規格。
[0006]所述探測光纖的長度大于所述前端套管的長度。
[0007]所述探測光纖的連接端具有外包層，所述外包層長度不小于所述前端套管的長度，所述探測光纖的剩余裸露段上鍍有金屬膜，在所述探測光纖的前端切面上沉積有一層金屬膜作為微反射鏡。
[0008]所述探測光纖上的外包層外徑與所述前端套管內徑相適配。[0009]本發明的優點是，該傳感器探頭使用通用型針頭和探測光纖，成本較低，制備過程簡單，可實現量產化；且探頭上的探測光纖更換方便，通過不同條件的鍍膜和修飾，可形成傳感器探頭組，方便進行多元化的即時實地測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明中傳感器探頭的結構示意圖；
圖2為本發明中的探測光纖的結構示意圖；
圖3為本發明中光纖傳感器系統示意圖；
圖4為本發明中傳感器探頭測得的不同濃度酒精的SPR共振光譜圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結合附圖通過實施例對本發明的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解:
如圖1-4，圖中標記1-11分別為:探測光纖1、針頭2、光纖接口 3、前端套管4、后端套管5、金屬膜6、外包層7、表面等離子體波8、金屬膜9、光纖10、接口 11。
[0012]實施例:本實施例利用SPR效應，以及光在光纖中的傳播原理，制作出一種便攜式、可方便進行拆卸和更換的光纖SPR傳感器探頭。
[0013]如圖1、2所示，光纖SPR傳感器探頭由探測光纖1、光纖接口 3以及連接兩者的針頭2組成，針頭2為具有多段不同管徑的套管，即前端套管4和后端套管5，兩者為一體連接結構；后端套管5套接固定于光纖接口 3上，且后端套管5的尺寸與光纖接口 3的尺寸相匹配，光纖接口 3具體由位于前端的光纖10和位于后端的sma905接口 11構成，光纖10深入至前端套管4中；探測光纖I插設于針頭2的前端套管4中，兩者尺寸相互匹配，在前端套管4的限位固定下，探測光纖I的后端切面同光纖接口 3上的光纖10的切面對齊接觸，實現光纖切面之間的良好對接，同時兩者的切面均經過拋光處理，故光線可順利穿過光纖10與探測光纖I的接觸面到達探測光纖I中；探測光纖I的長度大于針頭2的前端套管4的長度，使探測光纖I的前端部露于針頭2之外便于深入待測液體進行探測。
[0014]如圖2所示，探測光纖I的連接段具有外包層7，外包層7的長度略大于前端套管4的長度，探測光纖I的其余部分為裸露光纖，在裸露光纖部分鍍上一層50nm厚的金屬膜6，并在其前端切面上沉積一層500nm厚的金屬膜9作為微反射鏡。需要說明的是，探測光纖I與光纖10必須是同一規格的，包括芯徑、外包層直徑、折射率、數值孔徑、工作范圍都必須保持一致；且探測光纖I和光纖10上的外包層外徑應與針頭2的前端套管4相適配，即外包層外徑應略小于前端套管4內徑，以方便使探測光纖I同光纖10對接并被夾緊限位，兩者對接的好壞直接影響光強損耗的大小；光纖接口 3前端的光纖10長度應足夠長，以便其插入針頭2的前端套管4中。
[0015]如圖3所示，光纖SPR傳感器探頭安裝于光纖傳感器系統中，該光纖傳感器系統包括一個光源(帶有一個偏振片插槽、300 nm至1500 nm波長范圍)、一個Y型光纖(600微米芯徑、數值孔徑0.37，折射率1.46，多模，階躍型，工作范圍300-1200nm)、一個光纖SPR傳感器探頭(橫截面鍍銀膜300nm，側面鍍銀膜50 nm)、一個光譜儀、和一臺計算機；其中光纖SPR傳感器探頭與Y型光纖的一端連接，而Y型光纖的另兩端則分別與光源和光譜儀連接，光譜儀與計算機連接。
[0016]如圖1、2、3所示，該光纖傳感器系統的工作步驟為:
(1)白光從光源出來通過偏振片變成偏振光，之后被耦合至Y型光纖，通過光纖傳導至光纖SPR傳感器探頭；
(2)傳導至光纖SPR傳感器探頭后，光線順利穿過光纖接口3與探測光纖I的接觸面到達探測光纖I中，進而在探測光纖I的前端鍍膜處產生SPR現象，并在探測光纖I頂端鏡面反射并返回光纖接口 3中；需要說明的是，光線在其中傳播時，若倏逝波的水平波矢與金屬膜6的表面等離子體波8的波矢相匹配，則會產生等離子體波共振效應，使反射光的光強在這一時刻達到最小，因此接收到反射光后在光譜儀上就形成了一個凹谷；
(3)發生等離子體共振之后被反射至Y型光纖，然后被傳導至光譜儀進行光譜分析，計算機收集結果。
[0017]鍍金屬膜6的作用是產生表面等離子體共振現象，當入射光從光纖傳過來的時候，某個特定波長的光會與金屬-環境介質表面的等離子體波產生共振，這個特定波長的光將被吸收；當光被反射經光譜儀和計算機分析后就可以觀察到在該波長處出現一個共振吸收峰。該特定波長的位置就取決于環境介質的折射率，這就是SPR傳感器的測量原理。而金屬膜6的厚度、長度和鍍膜質量，是決定傳感器質量的重要因素。
[0018]為了驗證本實施例中裝置的有效性，利用光纖傳感器系統中的光纖SPR傳感器探頭對不同濃度的酒精進行濃度檢測，檢測結果如圖4所示，橫軸為波長(單位nm)，豎軸為光強。
[0019]在本實施例中，該光纖SPR傳感器探頭之所以選擇通用型針頭，是因為其價格低廉，并且內徑剛好與光纖外徑吻合，可實現光纖切面之間良好的對接，從而免去了繁瑣的光纖對接校準過程；這樣既可以實現探頭的量產化，測量的便攜化，又不影響傳感器的靈敏度和正常使用；且該探頭更換方便，通過不同條件的鍍膜和修飾，可以形成探頭組，方便進行多元化的即時實地測量，可實地即時測量污水、空氣中各種污染物的濃度。
【權利要求】
1.一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述傳感器探頭包括光纖接口、針頭以及探測光纖，所述光纖接口的前端為光纖、后端為外部設備接口 ；所述針頭由不同管徑的兩段套管即前端套管和后端套管連接構成，所述后端套管套裝于所述光纖接口的前端部，所述光纖接口前端的光纖深入至所述前端套管中；所述探測光纖的連接端插設于所述前端套管內部，所述前端套管的限位固定所述探測光纖，以使所述探測光纖連接端的切面與所述光纖接口前端的光纖切面對齊接觸，其中所述切面均為拋光切面。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測光纖與所述光纖接口上的光纖為同一規格。
3.根據權利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測光纖的長度大于所述前端套管的長度。
4.根據權利要求1所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測光纖的連接端具有外包層，所述外包層長度不小于所述前端套管的長度，所述探測光纖的剩余裸露段上鍍有金屬膜，在所述探測光纖的前端切面上沉積有一層金屬膜作為微反射鏡。
5.根據權利要求4所述的一種便攜式可更換的光纖SPR傳感器探頭，其特征在于所述探測光纖上的外包層外徑與所述前端套管內徑相適配。
【文檔編號】G01N21/552GK104034698SQ201410179641
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】蔡忠洋, 魏鵬琪, 馬學鳴, 汪國明, 張燕, 馮奇, 伍平 申請人:華東師范大學