专利名称：纵向分布式表面等离子体波传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气、液体特征参数测试用的传感器，尤其涉及一种纵向分布式表面等离子体波传感器。
背景技术：
1993年，美国华盛顿大学R.C.Gorgenson博士首先提出了光纤表面等离子体波传感器的概念和设计出了光纤表面等离子体波传感器，并且对该传感器的一般理论、特性和作用做了一定的研究。随后世界各国学者对该种传感器做了进一步的研究和探讨。在1997年，德国人马蒂亚斯·劳申请了光纤表面等离子体波传感器的专利。该发明的目的是提出了一种光纤表面等离子体波传感器，这种传感器具有适当的能量，并且适于使用多模纤维，从而消除了由于选用多种不同的模式而造成的有害的谐振传播。借助于激发表面等离子体以测定各种不同介质的折射系数的方法，以及为实现该方法所采用的其部分表面具有表面等离子体波激发涂层或类似的涂层体系，且带有一倾斜角度为β的并与上述部分表面相邻接的表面的装置而达到测定不同介质折射系数之目的。该发明中传感头的末端是有一定角度的三角形，主要传感区域仅仅限于传感头的末端。存在几个缺陷1.传感区域小，从而灵敏度较低。2.传感器的镀膜加工及其困难，进度不易控制。3.一个系统中只有一个传感头。如果要实现对一定范围的气体或者液体的分布进行测试时，需要多个系统，从而成本很大，测试结果的一致性较差。为此，我们提出了纵向分布式光纤表面等离子体波传感器的概念，并且设计了纵向分布式光纤表面等离子体波传感器。从而实现了采用一套分析系统可以连续的实时的实现对液体或气体的分布特性的测试。该系统结构简单、成本低廉、技术可靠。由于采用光谱分析法，所以对光源的要求相对较低。
三、技术内容发明目的本发明提供一种便于加工且有利于灵敏度的提高的纵向分布式表面等离子体波传感器，它能采集被测对象的分布特性并使测试系统具有结构简单的优点，有利于系统测试结果一致性的提高。
技术方案本发明是一种纵向分布式表面等离子体波传感器，由接口和传感元件组成，传感元件由反射层、传感层和导光纤维组成，反射层和传感层交替覆于导光纤维的外周面上，反射层为该层折射率大于导光纤维折射率的反射层。
技术效果①由于本发明的传感层可以包覆于导光纤维的外周面上，故传感层可以沿导光纤维进行轴向延伸，从而可以实现传感区域的扩大，提高灵敏度。②包覆于导光纤维外周而面的传感层相对于现有技术的圆锥形传感层来说，具有便于加工的优点。③由于本发明的传感层可以位于导光纤维的不同轴向位置，因此，本发明可以采集被测对象分布特性的信号，况且本发明可以只与一套测试分析系统组合，实现被测对象的分布特性的测试，从而可以提高测试系统测试结果的一致性，具有结构简单、成本低且技术可靠的优点。④反射镜的技术措施使本发明具有光匹配容易的优点。⑤调制层的技术措施，更容易实现纵向分布式传感。
四
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的A-A结构剖视图。
五具体实施例方式
本发明是一种纵向分布式表面等离子体波传感器，由接口1和传感元件组成，传感元件由反射层2、传感层3和导光纤维4组成，反射层2和传感层3交替覆于导光纤维4的外周面上，反射层2为该层折射率大于导光纤维折射率的反射层，例如金层、银层、铜层或铝层等，位于不同位置的传感层既可以采用不同材质的金属层，也可以采用相同材质的金属层。在本实施例中，导光纤维4采用光纤芯，反射层2为光纤套管，在导光纤维4的端部设有反射镜，传感层3呈柱形，在传感层3上设有调制层5，该调制层5既可以是氧化锆层，也可以是氧化钽层。
本发明采用如下方法了制作1、根据光纤的纤芯折射率、光纤的芯径以及光纤的材料来选择光纤。光纤纤芯折射率的大小直接影响到传感器的测量范围，所以合适的选择光纤的纤芯折射率很重要。由于所制成的光纤传感器的用途的约束，有可能对传感器的尺寸提出要求，即对光纤纤芯的尺寸有所要求，确定合适的纤芯尺寸将可以较小的影响被测对象的结构。对于任何一种传感器，总是希望其有较高的寿命。这样对纤芯的材料提出要求，要求其有较好的强度和韧度。实验当中主要采用了纤芯折射率是1.49的石英光纤。
2、光纤选定后，将对光纤进一步加工，加工段是光纤的末端和中间的若干段段。
确定各段光纤纤芯的裸露长度—光纤表面等离子体波传感器的探头长度。不同的长度将对光纤表面等离子体波传感器的灵敏度产生影响。因为通过理论模型来确定传感器探头的最优长度十分困难，所以通常采用实验的方法来确定最优长度。
3、用硫酸来腐蚀光纤的涂覆层和包层，同时磨平光纤探头的端面，并进行抛光。
4、传感层种类的选择。可用于表面等离子体波传感器的传感层有金、银、铜、铝等材料。通常采用金或银。如果要求传感器的长期稳定性要好，应采用金。但是金的价格相对昂贵。
5、最后一步对准备好的光纤进行镀膜。由于设计的是纵向分布式光纤表面等离子体波传感器，所以合适的确定每一段的传感层厚度将是成功设计纵向分布式光纤表面等离子体波传感器的关键。对应于不同的传感层厚度，光纤表面等离子体波传感器将有不同的共振波长。本特性是设计纵向分布式光纤表面等离子体波传感器的根本依据。通常用实验的方法来确定各段传感层的厚度。
本发明可以用于纵向纵向分布式光纤表面等离子体波传感器测试系统与传统的光纤表面等离子体波传感器相类似(为了方便，只画出三个传感区域，以下以三个传感区域为例)。输入信号仍然是白光光源，由于每个传感区域的共振波长互不相同，所以当把该传感器置入某一合适的均匀的介质中，因为在各个传感区域发生了表面等离子体共振，将会出现多个不同的凹谷，当把该传感器置入被检测对象中，被测对象在没有发生变化之前，当被测对象变化的不均匀，则对应于被测对象不同的位置，变化信息不同，则对应于不同区域的传感区域共振波长的移动不同，建立每个传感区域的共振波长与检测对象内部参数之间的关系，则可实现采用同一套测试系统对检测对象实现多点检测和监测。此外，由于表面等等离子体波共振传感器容易受到稳定的干扰，可以令某一个传感区域作温度补偿，令其置入未变化的检测对象中，在整个检测中不参与检测，只反映环境温度的影响。这样可以其它传感区域的共振波长变化值减去该温度补偿区域共振波长变化值，即可实现温度补偿和修正。
权利要求
1.一种纵向分布式表面等离子体波传感器，由接口(1)和传感元件组成，其特征在于传感元件由反射层(2)、传感层(3)和导光纤维(4)组成，反射层(2)和传感层(3)交替覆于导光纤维(4)的外周面上，反射层(2)为该层折射率大于导光纤维折射率的反射层。
2.根据权利要求1所述的纵向分布式表面等离子体波传感器，其特征在于导光纤维(4)采用光纤芯，反射层(2)为光纤套管。
3.根据权利要求1或2所述的纵向分布式表面等离子体波传感器，其特征在于在导光纤维(4)的端部设有反射镜。
4.根据权利要求3所述的纵向分布式表面等离子体波传感器，其特征在于传感层(3)呈柱形。
5.根据权利要求4所述的纵向分布式表面等离子体波传感器，其特征在于在传感层(3)上设有调制层(5)。
全文摘要
本发明公开了一种纵向分布式表面等离子体波传感器，由接口和传感元件组成，传感元件由反射层、传感层和导光纤维组成，反射层和传感层交替覆于导光纤维的外周面上，反射层为该层折射率大于导光纤维折射率的反射层。由于本发明的传感层可以包覆于导光纤维的外周面上，故传感层可以沿导光纤维进行轴向延伸，从而可以实现传感区域的扩大，提高灵敏度。包覆于导光纤维外周而面的传感层相对于现有技术的圆锥形传感层来说，具有便于加工的优点。
文档编号G01N21/17GK1439871SQ0311307
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者曹振新, 吴乐南, 梁大开 申请人:东南大学