[发明专利]一种同时测量海水温盐深的光纤传感器

说明书

本发明公开了一种同时测量海水温盐深的光纤传感器，该传感器可以实现对海水3种物理量的检测，可以更好的应对实际的检测需求，本发明利用SPR和LMR效应来实现对海水深度的测量，利用2种不同的效应可以实现对不同物理量的同时测量，并且其灵敏度与精度较传统传感器大幅提高。对称扇形微结构光纤结构相对于传统的微结构光纤结构来说，热光学敏感材料的填充和内壁金膜的涂覆，制备过程简单，对称扇形微结构光纤制作工艺相对简单且在对称扇形空气孔处镀膜比较容易。因此仅在两个相对的对称扇形空气孔中镀膜，仿真时大大降低软件的计算量，节省了仿真时间。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种同时测量海水温盐深的光纤传感器。

背景技术

近年来，随着经济社会的发展，食品安全、环境监测、化学分析、生物传感等领域的快速、有效的检测是我们亟待解决的问题。特别是在生命医疗、传统能源勘探、海洋开发等领域，对检测各项指标的要求在不断的提高，因此随着检测要求的不断提高，对传感器的灵敏度、精度、分辨率等都提出了更高要求。光纤传感器具有传统传感器所不可比的优点：灵敏度高、动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、易于远距离遥测、保密性好、重量轻、机械强度高等。因此光纤传感器在多个领域得到了广泛的应用。

Surface Plasmon Resonance(SPR)，中文名称为表面等离子体共振，它是一种常见的光学现象，它是指光波导中某一特定波长的入射光照射到金属(如金或银)薄膜时，光波就会与金属表面产生的等离子体波发生共振，称之为表面等离子体共振(SPR)效应。SPR效应会使反射光的能量发生锐减，从而形成共振波谷，同时，SPR对外界折射率十分敏感，周围介质的物理性质发生改变时， SPR的共振波谷就会随之移动，因此，通过检测SPR共振波谷的偏移量而实现对于目标量的测量。

Lossy Mode Resonance(LMR)，中文名称为损失模式共振，它作为一种近几年新提出的共振效应已被广泛应用于生命科学、医学、物理学、化学等领域。 LMR效应表现在光谱上就是反射光强的响应曲线上有若干个衰减谷，这些衰减谷称为共振谷,各自对应的入射光波长为共振波长。当损失模式传播常数的实部和光波导的传播常数相等时，波导模式与损失模式将发生共振，呈现出衰减全反射现象，即反射率出现最小值。利用LMR共振波长对待测物折射率敏感的特性，LMR传感技术普遍应用于基于折射率变化的参数测量中。

尽管光纤传感器有着一系列的优点，但是当前广泛存在的光纤传感器测量的物理量比较单一，无法应对广泛的实际应用的需求。针对现存的问题，本发明提出了一种同时测量海水温盐深的三合一式光纤传感器，有效的解决了传感器检测功能单一的问题。同时面对不同的测量量采用不同的测量原理，在实现多参量测量的同时也保证了测量结构的高精度。

发明内容

根据现有技术中传感器功能单一，无法应对实际复杂应用的技术问题，本发明公开了一种同时测量海水温盐深的光纤传感器，该发明利用在光子晶体光纤的不同区域镀膜，采用不同的测量原理来实现对不同物理量的检测。利用金膜的SPR效应来实现对海水盐度的检测，将金膜和热光学敏感材料进行组合应用来实现对海水温度的检测，利用ZnO的LMR效应来实现对海水压力的感应来实现对海水深度的测量。

该发明采用如下技术方案：

一种同时测量海水温盐深的光纤传感器，其特征在于包括：材料为光子晶体的纤芯，所述纤芯外部固定连接有包层，所述包层内设置有多个空气孔，所述空气孔对称设置在包层内，相对于纤芯中心对称的两个空气孔朝向外界的方向开通设置形成两个截面为扇形的第一弧面和第二弧面，所述第一弧面和第二弧面的表面镀有不同材质的膜。

进一步地，，所述的第一弧面的表面镀膜材料为金，所述第二弧面的表面镀膜材料为ZnO和HfO2。

进一步地，，所述的相邻空气孔边界隔离层的厚度为2μm～3μm。

进一步地，，所述的空气孔内壁的镀膜材料为金，孔内填充材料为热光学敏感材料。