[发明专利]一种基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感系统及方法，其中传感系统由激发光源、激发光路、传感单元、信号光路和信号处理模块依次连接构成通过传感单元中的柔性光波导对激发光进行荧光吸收和发散传输处理得到吸收后的激发光和激发荧光，再通过信号光路，对吸收后的激发光和激发荧光进行收集和分离处理得到应变信号光和温度信号光，能够同时对应变值和温度值进行检测，提高了能量利用率。另外，本发明实施例还通过柔性光波导进行应变传感，使传感单元对机械变形环境的适应能力更强，可广泛应用于光纤荧光传感技术领域中。

技术领域

本发明涉及光纤荧光传感技术领域，尤其是一种基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感系统及方法。

背景技术

光纤荧光传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小，长度可变等优点，可用于应力应变、温度、浓度等物理量的测量，在运动监测、温度测量、微量元素检测等领域具有广泛应用。传统的二氧化硅光纤荧光传感器具有高刚度，不能很好地运用于各种机械变形环境。柔性光纤荧光传感器兼顾了传统光纤荧光传感器的优点，同时具有很强的环境适应能力，在医疗检测、人类行为监控、电子消费和智能机器人等领域具有重要应用。但是，相关技术中柔性光纤传感器只能对单一参量进行检测，能量利用率较低，并且采用石英光纤光栅进行应变传感时，传感单元的拉伸极限有限。综合上述，相关技术中存在的技术问题亟需得到解决。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种高效实用的基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感系统及方法。

一方面，本发明提供了一种基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感系统，所述系统由激发光源、激发光路、传感单元、信号光路和信号处理模块依次连接构成；

其中，所述激发光源，用于发射激发光；

所述激发光路，用于将所述激发光传输至传感单元；

所述传感单元，用于通过柔性光波导对所述激发光进行荧光吸收和发散传输处理，得到吸收后的激发光和激发荧光；

所述信号光路，用于对所述吸收后的激发光和所述激发荧光进行收集和分离处理，得到应变信号光和温度信号光；

所述信号处理模块，用于对所述应变信号光和所述温度信号光进行光电转换处理，将转换得到的电信号输入嵌入式平台进行数据处理和显示，得到应变值和温度值。

可选地，所述激发光源为单色光半导体激发器或带有带通滤光片的宽带光源。

可选地，所述激发光路为多模光纤，所述多模光纤的一端与所述激发光源耦合，所述多模光纤的另一端与所述传感单元耦合。

可选地，所述传感单元包括激发光纤、柔性光波导和多个信号光纤，所述激发光纤的一端与所述激发光路耦合，另一端通过切割处理后与所述柔性光波导进行耦合，所述多个信号光纤交错分布于所述柔性光波导的激发区域内。

可选地，所述信号光路包括光纤合束器、信号传输光纤、光纤分束器、应变传感光路和温度传感光路，所述光纤合束器连接所述信号传输光纤，所述信号传输光纤连接所述光纤分束器；所述光纤分束器分别连接所述应变传感光路和所述温度传感光路，所述应变传感光路包括第一滤光片和第一准直器，所述温度传感光路包括第二滤光片和第二准直器。

可选地，所述信号处理模块包括第一光电探测器、第二光电探测器和嵌入式平台，所述第一光电探测器的输入端与所述应变传感光路连接，所述第二光电探测器的输入端与所述温度传感光路连接，所述嵌入式平台的输入端分别连接所述第一光电探测器的输出端和第二光电探测器的输出端。

可选地，所述柔性光波导由高分子聚合物包裹荧光染料制备而成。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于嵌入式的多参量柔性光纤荧光传感方法，应用于如前面所述的传感系统，所述传感方法包括：