一种双通道分布式传感检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及利用微纳光纤的，一种双通道分布式传 感检测装置。
【背景技术】
[0002]表面等离子体共振（SurfacePlasmonResonance，SPR)指的是当光入射到介质金 属交界面，并且光波沿着金属交界面的波矢分量与SPR的波矢匹配时，光子引起金属表面 自由电子振荡的一种现象。在振荡的过程中，光波的能量转化为自由电子的振荡能量，因此 可以引起光场强度的强烈衰减，并在反射光谱或者透射光谱上共振波长的位置出现明显的 吸收峰。SPR是通过测量金属表面附近折射率的变化来研宄物质的性质。
[0003] 将光纤与SPR效应结合可构成光纤SPR传感器，这里光纤既可以作为光的传输介 质又能作为激发SPR效应的基体，因此光纤SPR传感器具有较好的集成性、便于实现长距 离的传输检测、适合实时监测等优点。光纤SPR传感器所能进行的折射率检测有一定的检 测范围，为扩大光纤SPR传感器的检测范围人们对光纤SPR传感器多通道检测进行了研宄， 2012年RoliVerma(Proc.ofSPIEVol.8351)等人利用分别镀金膜与银膜的两个敏感区域 的光纤传感器，实现了双通道的分析检测。但是该传感器是探针结构只能进行针对性的传 感检测，不能进行分布式检测。
[0004] 普通光纤SPR传感器是通过利用在纤芯中传播的光来激发金属传感膜的表面等 离子体共振进行检测，所以要对光纤进行加工，例如侧面抛磨去包层、腐蚀去包层、拉锥等， 导致不易制作，传感部分结构复杂。而利用微纳光纤进行SPR传感器制作时，不需要对光纤 进行处理，直接镀膜即可，结构简单，易于实现。而且微纳光纤极低的传输损耗与弯曲损耗 低和较强倏逝场等光学特性，使在微纳光纤中传播的光更易于激发表面等离子体共振。
[0005] 基于表面等离子体共振的光纤传感器具有体积小，重量轻便，可弯折，适用于复杂 环境信号不易受外界因素的影响等优点。但是目前基于普通光纤的SPR传感器，结构复杂， 不易实现在线分布式传感。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种体积小、结构简单，信号抗干扰强，抗电磁干扰强的，一 种双通道分布式传感检测装置。
[0007]一种双通道分布式传感检测装置，包括光源1、单模光纤2、微纳光纤3、光纤拉伸 装置4、位于微纳光纤外表面的第一传感膜5、位于微纳光纤外表面的第二传感膜6和探测 器7,单模光纤2的一端与微纳光纤3的一端错芯焊接，微纳光纤3上连接光纤拉伸装置4， 微纳光纤3的另一端和探测器7相连；
[0008] 光源1发出的光耦合入单模光纤2,经过单模光纤2与微纳光纤3的错芯焊接处， 激励起LPn模式并在微纳光纤3中传播，调节光纤拉伸装置4使在微纳光纤中传播的LPw 模式和LPn模式发生模式干涉产生周期性光场，将光场光斑与第一传感膜5重合，在第一传 感膜5处激发表面等离子共振；
[0009] 进一步调节光纤拉伸装置4使光场光斑与第二传感膜6重合，在第二传感膜6处 激发表面等离子体共振，从而产生双通道分布式传感，探测器7用于接收光信号进行检测。
[0010] 本发明一种双通道分布式传感检测装置，还可以包括：
[0011] 1、第一传感膜5至少为两个，第二传感膜6至少为两个，第一传感膜5和第二传感 膜6交替间隔排布，相邻的第一传感膜5和第二传感膜6之间的间距为UV模式和LP^模 式发生模式干涉而产生周期性光场拍长的整数倍。
[0012] 2、微纳光纤3的直径为1-2 ym。
[0013] 3、第一传感膜5和第二传感膜6是金属膜，第一传感膜5和第二传感膜6的厚度 为30-100nm，第一传感膜5和第二传感膜6的长度为UV模式和LPn模式发生模式干涉而 产生周期性光场拍长的一半。
[0014] 有益效果：
[0015] 本发明的结构简单、体积小，将普通光纤SPR传感与微纳光纤相结合，利用L&模 式与^^模式在微纳光纤中干涉所产生的周期性光场，分别激发第一和第二传感膜的SPR 效应，可实现双通道分布式传感。
[0016] 本发明将SPR传感与微纳光纤相结合，利用微纳光纤中UV模式和LP1:模式发生 干涉产生的周期性光场分别激发第一传感膜与第二传感膜使其产生等离子体共振效应，实 现普通光纤SPR传感与单一微纳光纤所无法单独产生的在线双通道分布式传感。既包含了 光纤SPR传感器的优点，传感部分体积更小，信号不易受到光源波动、机械结构等外界因素 的影响，抗电磁干扰能力强，检测系统简单，又发挥了微纳光纤的优点。
[0017] 本发明利用了微纳光纤不需对光纤进行处理可以直接镀膜的优点，使得传感器结 构简单，并易于实现分布式传感；利用微纳光纤中UV与LPn两种模式干涉所产生的周期 性光场，可进行双通道检测；利用微纳光纤的强倏逝场，更易于激发表面等离子体共振。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明双通道分布式传感检测装置的结构示意图。
[0019] 图2为相位差A<J)在0到2JT之间变化时，输出光强的分布形式。
[0020] 图3为双通道分布式传感检测装置几何光学原理示意图。
[0021] 图4为周期性光场光斑在传感膜处激发SPR示意图。
[0022] 图5为本发明双通道分布式传感检测装置折射率测试系统示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面降结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0024] 本发明提供一种双通道分布式传感检测装置。该传感器由光源、单模光纤、微纳光 纤、光纤拉伸装置、第一传感膜、第二传感膜、探测器组成。其中传感部分由微纳光纤与第一 传感膜和第二传感膜组成。光源发出的光经单模光纤与微纳光纤错芯焊接后激励起^^模 式，通过调节光纤拉伸装置来拉伸光纤以改变UV模式与LPn模式在微纳光纤中传播的光 程，从而调节两个模式的相位使两个模式发生干涉而产生周期性光场，利用所产生的周期 性光场可分别激发第一、第二传感膜产生表面等离子体共振效应，进行传感。本发明的结构 简单、体积小，将普通光纤SPR传感与微纳光纤相结合，利用UV模式与LPn模式在微纳光 纤中干涉所产生的周期性光场，分别激发第一和第二传感膜的SPR效应，可实现双通道分 布式传感。
[0025] 本发明所提出的一种双通道分布式传感检测装置是这样实现的：
[0026] 它包括光源1、单模光纤2、微纳光纤3、光纤拉伸装置4、位于微纳光纤外表面上的 第一传感膜5、位于微纳光纤外表面上的第二传感膜6、探测器7,光源1发出的光耦合入单 模光纤2,经过单模光纤2另一端与微纳光纤3 -端错芯焊接处，激励起LPn模式并在微纳 光纤3中传播，通过调节光纤拉伸装置4使在微纳光纤中传播的UV模式和LP:1模式发生 模式干涉而产生周期性光场，将光场亮斑与第一传感膜5重合，在第一传感膜5处激发表面 等离子共振，进一步调节光纤拉伸装置4使光场亮斑与第二传感膜6重合，在第二传感膜6 处激发表面等离子体共振，从而产生双通道分布式传感，微纳光纤3另一端与探测器7连 接，通过探测器7接收光信号进行检测，如图1所示。
[0027] 第一传感膜5和第二传感膜6之间存在一定间距且间隔排布，相邻的第一传感膜 5和第二传感膜6之间的间距为L&模式和LPn模式发生模式干涉而产生周期性光场拍长 的整数倍。
[0028] 所述的微纳光纤的直径为1-2ym。
[0029] 所述的微纳光纤上所镀的传感膜是金属膜，传感膜的厚度为30-100nm，传感膜的 长度为UV模式和LP:1模式发生模式干涉而产生周期性光场拍长的一半。
[0030] 本发明是基于如下原理：
[0031] 根据光波导理论，入射光以基模UV模在单模光纤中传输