[发明专利]一种表面等离子共振传感器

说明书

技术领域

本发明涉及工业测试技术领域，尤其涉及一种表面等离子共振传感 器。

背景技术

以棱镜耦合为例，表面等离子共振(surface plasmon resonance，SPR) 是p偏振光在玻璃与金属薄膜界面处发生全反射时产生的倏逝波引发金属 表面的自由电子产生表面等离子，并在表面等离子与倏逝波频率和波数相 同的情况下产生的一种共振现象。共振时，入射光被吸收，反射光的能量 突然下降，反射光谱上出现反射强度最小值。当金属薄膜另一侧介质的折 射率发生微小变化时，最小值位置会产生偏移。因此，可以根据最小值位 置与介质折射率之间的关系，通过测量反射光强来确定最小值位置，进而 求出被测介质的折射率。SPR技术可用于检测样品浓度，并且具有灵敏度 高、所需试样少、样品无需标记及检测速度快等特点，因此被广泛用于生 化、医疗、环境等检测领域。

对于SPR传感器内部的光路结构，人们提出了很多设计方案，目前国 际上比较流行的是kretschmann结构。在这种结构中，如图1，光线在棱 镜6中以大于全反射角的角度入射到镀有金属膜4的棱镜面上，产生的倏 逝波透过金属膜在金属膜与被测介质5界面处引起SPR。所选择的棱镜一 般为等腰直角棱镜或半圆柱棱镜，同时，为了使小面积的金属膜表面上有 一定入射角范围的光线入射，通常先用平行光整形透镜2和柱面透镜3使 从LED光源1发出的不规则形态光整形为汇聚的楔形光束，然后再入射 到棱镜面上。携带SPR共振信息的光线再经过整形透镜组7调整，发散入 射至接受CCD8上。由于要使入射光束汇聚点与棱镜面相重合，并且令经 过整形透镜组出射至接受CCD的发散光均匀易测，故这种结构的SPR光 路调整往往存在着一定困难，不利于SPR传感器的小型化和大规模生产。

另外，在目前的传感器中，为了消除光源光强分布不均匀、透镜及金 属膜表面缺陷、环境条件等因素对被测信号的影响，使用时一般要先测量 传感器表面为干燥空气时的光强信号，将它作为参考光，然后再测量传感 器表面为被测液时的光强信号，作为信号光，并进行归一化处理： ISPR=ISam-IBakSamIAir-IBakAir]]>(其中：I_SPR为归一化后的SPR信号；I_Sam，I_BakSam分 别为传感器表面为被测液时的光强信号和此时关闭LED所得的暗电流值； I_Air，I_BakAir分别为传感器表面为干燥空气时的光强信号和此时关闭LED所 得的暗电流值)。虽然这种方法可以在一定程度上改善最后所得的SPR信 号，提高检测精度，但由于空气信号是在测量刚开始时获得的，因此所做 的归一化处理有着一定的时间局限性，它无法消除检测过程中光源光强、 环境条件变化对被测信号的影响，所以这种方法并不十分理想。同时，由 于每次测量前一定要获得传感器表面为空气时的光强信号，并且要保证金 属膜表面干燥无液体，这使得传感器的使用变得不是很方便。

发明内容

本发明提供一种光线汇聚理想、光路装调简便、测量性能稳定的抛物 柱面反射棱镜耦合的表面等离子共振传感器。

一种表面等离子共振传感器，包括光发射组件、光接收组件和用于接 收光发射组件发出的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件。

所述的光发射组件沿光线方向依次设有光源、扩束镜、准直镜、滤光 片和矩形光阑；

所述的光反射组件由抛物柱面反射棱镜和位于抛物柱面反射棱镜的 焦线部位的金属薄膜组成，其中金属薄膜的反光面朝向抛物柱面反射棱 镜，被测液体流经金属薄膜背向抛物柱面反射棱镜一侧；