[发明专利]多槽结构的U型塑料光纤液体折射率传感器

说明书

一种多槽结构的U型塑料光纤液体折射率传感器，属于光纤传感技术领域。由光源、多槽结构的U型塑料光纤探头以及光电检测装置组成。该多槽结构的U型塑料光纤探头是将塑料光纤垂直放置在表面具有截面是三角形锯齿结构的钢制模具下面，三角形的顶点共同指向塑料光纤的中心线；再使用夹具对钢制模具施加压力，在压力的作用下，利用模具的三角形锯齿结构在塑料光纤沿中心线截面的纤芯上压制出多个V型槽的多槽结构；然后将该塑料光纤与多槽结构相对称的另一侧面绕在一个加热至75～95℃左右的圆柱形钢柱上，最后在光纤的两端施加一个3～6N左右的拉力而制备得到。该传感器具有结构和制备工艺简单、成本低廉，并且具有较高灵敏度的特点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种多槽结构的U型塑料光纤液体折射率传感器。

背景技术

折射率是物质的一个重要的光学参数，它的测量在食品、环境、制药以及生物化学等领域有着重要意义。通过对液体折射率的测量还可以得到液体浓度等重要参数。近年来，利用光纤传感技术测量液体折射率得到了越来越多的研究与应用，它具有抗电磁干扰、绝缘、抗腐蚀、可进行远程工作和可实现分布式传感等优势。

目前现有的光纤液体折射率传感器一般采用光纤光栅，例如：专利申请号201210152365.7的中国发明专利“一种微纳光纤光栅折射率传感器”提供了一种利用微纳光纤光栅来实现液体折射率的测量。但这种光纤光栅是通过紫外曝光法、飞秒激光刻写法、聚焦离子束蚀刻法或红外曝光法制备的，工艺复杂，并且成本也很高。专利申请号201310335715.8的中国发明专利“光纤干涉仪、光纤传感器及其制备方法”提供了一种结构简单的光子晶体光纤F-P干涉仪，可用于液体折射率的测量。但这种干涉仪的制作也需要使用二氧化碳激光器或者熔接机，工艺也较为复杂，所采用的光子晶体光纤价格也比较昂贵。并且上述结构的光纤折射率传感器都需要采用光谱仪对信号进行测量，从而增加了测试的成本。因此，开发一种结构和制备工艺简单，并且成本低廉的光纤折射率传感器显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制备工艺简单、成本低廉，并且具有较高灵敏度的多槽结构的U型塑料光纤液体折射率传感器。

为解决上述问题，作为本发明的第一方面，提供了一种多槽结构的U型塑料光纤探头的制备方法，包括S1：将塑料光纤垂直放置在表面具有截面是三角形锯齿结构的钢制模具下面，三角形的顶点共同指向塑料光纤的中心线；S2：使用夹具对钢制模具施加压力，在压力的作用下，利用模具的三角形锯齿结构在塑料光纤沿中心线截面的纤芯上压制出多个V型槽的多槽结构；S3：将该塑料光纤与多槽结构相对称的另一侧面绕在一个加热至75～95℃左右的圆柱形钢柱上，然后在光纤的两端施加一个3～6N左右的拉力，从而制备得到多槽结构的U型塑料光纤探头。

作为本发明的第二方面，提供了一种多槽结构的U型塑料光纤液体折射率传感器，它由光源、多槽结构的U型塑料光纤探头以及光电检测装置组成。因所制备的多槽结构的U型塑料光纤探头具有对称结构，它的任意一端均可与光源相连，而另一端则与光电检测装置相连。

本发明还可以包括：

1、U型塑料光纤探头多槽结构的深度可以通过调节夹具施加压力的大小进行控制；所述的U型塑料光纤探头多槽结构的槽间宽度，V型槽角度和总长度可以通过使用具有不同锯齿宽度、锯齿形角度和不同长度的钢制模具进行改变。

2、多槽结构的U型塑料光纤探头可以通过使用不同直径的圆柱形钢柱来改变光纤探头的弯曲半径。

3、多槽结构的U型塑料光纤探头一方面可以产生更大的传输损耗和更强的消逝场，从而对周围环境的折射率变化更加敏感，因为这种结构的光纤探头可以增加芯层模与包层模和辐射模的耦合效率，当探头周围折射率发生变化时，光纤中传输光的全反射条件极易被破坏，这会导致其传输损耗发生明显的变化；另一方面，U型的探头结构有利于传感器的设计与操作。