专利名称：硫系纤维、红外倏逝波传感器及其制作过程的制作方法
硫系纤维、红外倏逝波传感器及其制作过程
本发明涉及使用倏逝红 外波的硫系纤维传感器。
硫系玻璃是具有低熔融温度和低玻璃化转变温度的玻璃，所述玻璃是高原始材料，难以被合成及控制。它们的性能极大地扩展了纤维倏逝波光谱传感器(FEWS)的灵敏度。 更加确切地说，这些含有硫、硒和/或碲的玻璃允许光线通过宽的红外波长范围，对于传统氧化玻璃则不是如此。另外，材料的玻璃特性允许在其中形成以制造光纤。最后，它们是涉及到化学元素的玻璃，这些化学元素在元素周期表中十分接近，因此彼此之间保持了高度共价键。化学键的这种特性使得材料疏水，当它们在高含水介质如生物样品中被作为传感器使用时，这一点最具正面意义。
这个传感器的一个有效应用领域为生物医学领域。
J. Keirsse、C. Boussard-Pledel> O. Loreal> O. Sire、B. Bureau> P. Leroyer> B. Turlin 和 J. Lucas 在 Vibrational Spectroscopy 32(2003)上第 23 到 32 页的文献“IR optical fiber sensor for biomedical applications” 描述了所述传感器在中红外范围中的原理。在这个设备中，单纤维Te2As3Se5被作为波导和检测元件使用。这个纤维具有范围为800至4000CHT1的谱窗。为了提高这个传感器的灵敏度，它的直径局部地减小以创造接触被分析的样本的锥形U形检测区。这个纤维的400微米直径在这个检测区中减到100 微米。该纤维结合到FTIR光谱仪上。测量的原理是发送红外波进入纤维，该红外波通过在纤维外表面上连续不断地反射沿着纤维传播。在检测区中与样本接触，沿着纤维外壁传播的倏逝波被目标物质部分地吸收。光谱仪分析在纤维另一端接收的波以此推断在样本上的信息。
Pierre Lucas> Mark R. Riley、Catherine Boussard_Pl6del 和 Bruno Bureau 在 Analytical Biochemistry (2006)第 I 到第 10 页上的文献“Advances in chalcogenide fiber evanescent wave biochemical sensing”描述了硫系纤维传感器,其详述了纤维的曲率半径取决于它的直径并且100微米的纤维可以达到2厘米。
由该传感器产生的问题是其紧凑性的缺乏、脆性和检测区的低灵敏度。
本发明试图获得这样一种传感器，其使用至少一个硫系玻璃纤维，通过倏逝波吸收原理运行，该传感器结构紧凑，具有鲁棒性，并且对目标分子的中红外信号敏感。
本发明的第一个主题是符合这些标准的传感器，其包括允许至少在0. 8和25微米之间的一个红外波长中红外线的传播的至少一个纤维，并且向外产生倏逝波以检测外界介质的红外信号，所述至少一个纤维是XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或这些成分中两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中两种或多于两种的混合物，
该纤维在其长度上接连地包括引导红外波的第一纤维段；至少一个具有检测功能的第二纤维段并且其趋向于接触外界介质以检测扰动沿着纤维传播的倏逝波传播的红外信号；以及引导红外波的第三纤维段，
其特征在于
在具有检测功能的第二纤维段中，该纤维由至少一个曲率半径局部地小于2. 3毫米的弯曲部分形成。
意想不到的是，由于这个小曲率半径，传感器在接触带处的灵敏度增加了。
根据本发明的一个实施方案，第二纤维段(25)的弯曲部分在试图将属于弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上的机械压缩强度等于或高于IN。
根据本发明的一个实施方案，所述至少一个弯曲部分具有的纤维曲率半径等于或小于I毫米。
根据本发明的一个实施方案，第一纤维段(23 )和第三纤维段通过垂直于纤维长度的小于2. 8mm的宽度与对方相隔,并且占据了垂直于纤维长度的小于2. 8mm的宽度的空间。
根据本发明的一个实施方案，弯曲部分(28)包括绕组。
根据本发明的一个实施方案，弯曲部分(28)包括拥有至少一个线匝的绕组，
第二纤维段(25)的弯曲部分在试图将属于弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或高于IN每线匝。
根据本发明的一个实施方案，在绕组中纤维的至少一个横向尺寸(Dl)小于在第一和第三段中纤维的至少一个横向尺寸(D2)。
根据本发明的一个实施方案，第二纤维段具有的纤维直径(或厚度D2)在50到450 微米之间。
根据本发明的一个实施方案，在第一、第二和第三段(23、25、27)上，纤维具有的厚度在50到450微米之间，该厚度在这些第一、第二和第三段(23、25、27)上是恒定的。
根据本发明的一个实施方案，第一和第三纤维段插入保护鞘中，第二段至少部分地从鞘的一端伸出，并且其趋向于接触被检查的介质，不论所述介质是固体和/或液体和/ 或气体。
根据本发明的一个实施方案，第一和第三纤维段插入医疗诊断设备的手术通道中，第二段至少部分地从通道的一端伸出，并且趋向于接触体内和/或体外的组织或生物体液。
根据本发明的一个实施方案，X在重量上的比例等于或高于10%且等于或低于 70%，而Y在重量上的比例等于或高于30%且等于或低于90%。
本发明的第二个主题是用于制造如上文描述的所述传感器的方法，其特征在于
硫系纤维具有XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或者这些成分中两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中两种或多于两种的混合物，硫系纤维具有玻璃化转变温度Tg，该纤维在其长度上接连地包括，在纤维的第一和第二端两端之间，第一纤维段、以形成第二纤维段的中间部分和第三纤维段，
具有横向尺寸小于4. 6毫米的接触带的芯被加热至一定的温度，而纤维的中间部分贴靠所述芯的接触带被放置，使得与芯带接触的中间部分具有的温度T2为
1. 05. W1. 5. Tg,
纤维的中间部分以至少180°的缠绕角缠绕芯的接触带以形成在所述纤维的中间部分中的所述弯曲部分，因而形成具有曲率半径局部地小于2. 3毫米的所述第二纤维段。
根据本发明的一个实施案例，芯包括第一和第二部分，所述接触带放置在第一和第二部分之间，芯由第一和第二部分中的至少一个加热。
根据本发明的一个实施方案，芯是具有任意横截面的圆柱。
根据本发明的一个实施方案，温度T2超过玻璃化转变温度Tg10%到20%。
根据本发明的一个实施方案，中间部分具有的纤维直径(D2)在50到450微米之间。
参考附图以及阅读作为非限制性实例单独给出的以下描述将更好地理解本发明， 在这些附图中
-
图1示意地显示了根据本发明的传感器的第一实施方案的放大透视图，
-图2是本发明的传感器的检测区在弯曲前示意性地纵向截面图，中间部分具有的直径可以等于部分I和3的直径，
-图3、4和5是根据本发明的传感器的第二、第三和第四个实施方案的放大的、示意性的透视图，
-图6示意性地显示了使用本发明的传感器的设备，-图7是使用本发明的传感器的内窥镜管的放大的透视示意图，-图8是根据本发明的在制造方法的一步上传感器纤维的放大的示意性的侧视
图，
俯视图，
-图9是图8中根据本发明在制造方法的一步上的传感器纤维的放大的示意性的-图10是根据本发明的作为波长函数的纤维的一个实例的吸光度的视图。在附图中，传感器I包括属于硫系玻璃的纤维2。所述纤维具有XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或这些成分中两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中两种或多于两种的混合物。例如，X在重量上的比例等于或高于10%且等于或低于 70%,而Y在重量上的比例等于或高于30%且等于或低于90%。该纤维用于引导红外波。
在实施方案的一个实例中，纤维是As2Se315
在实施方案的另一个实例中，纤维是Te2As3Se5。
传感器I的纤维2在第一端21和第二端22之间的一般纵向L上延伸。纤维2从第一端21到第二端22包括引导红外波的第一纤维段23，这个第一段23在其远离第一端 21的一侧连接到第二检测段25的第一点24，所述第二段25经过远离第一点24的第二点 26连接到引导红外波的第三纤维段27。
在一个实施方案中，纤维2的第二检测段25在至少一种尺寸中具有横向宽度D1、 直径Dl或横截面Dl，其小于第一段23的横向宽度D2或直径D2或横截面D2，并且其也小于第三段27的横向宽度D2、直径D2或横截面D2。纤维2的第二检测段25在第一和第二连接点24、26之间，也在第一段23和第三段27之间沿着纤维的非零长度LI延伸。
例如，在第一段23和第三段27中的纤维2具有约为400微米的平均直径D2，同时在第二检测段25中的纤维2在第二检测段的约为10厘米的长度LI上具有约为100微米的平均直径D1。第一段23的长度长于第二检测段25的长度。第三段27的长度长于第二检测段25的长度LI。
第一连接点24例如通过横截面从第一段23到第二检测段25逐渐变窄的区域而形成，成为如图2中所示的截锥形。第二连接点26具有横截面，例如其从第二检测段25到第三段27逐渐变宽，成为如图2中所示的截锥形。在第一和第二连接点24、26之间，第二检测段25例如具有恒定的横向宽度Dl和/或恒定的横向直径Dl和/或恒定的横截面Dl。
在另一个实施方案中，纤维2的第二检测段25在至少一个尺寸上具有的横向宽度(或厚度)、直径或横截面等于第一段的横向宽度或直径或横截面，和/或等于第三段27的横向宽度(或厚度)、直径或横截面。例如，纤维2在第一、第二和第三段23、25和27中具有恒定的横截面和/或直径。
在一个实施方案中，纤维，在第一、第二和第三段23、25和27上，具有的纤维直径 (或厚度)例如在50和450微米之间。
例如在一个实施方案中，在第一、第二和第三段23、25、27上,纤维具有的在50和 450微米之间的直径(或厚度)在这些第一、第二和第三段23、25、27上是恒定的。
第二检测段25趋向于接触外界介质以检测由这个外界介质造成的对在纤维2中红外波的传播的扰动，并且形成传感器的检测头。第一和第二段23、27是传送红外波的段。
图2通过纤维2内的粗箭头象征性地显示了从第一端21发送的红外波O到段23 中的路径。由于在第二检测段25中的纤维2的横截面变窄，在这个第二检测段25中有更多波的反射对着纤维2的外表面20。
当外界介质与第二检测段25接触时，由于部分波O朝向外界介质从第二段25经过，因此在这个第二段25中波O的传播受到扰动。
因此，第二检测段25与外界介质的接触将在从第一段23被传送到第三段27的波 O上产生影响。
根据本发明，第二检测段25包括至少一个具有的纤维曲率半径小于2. 3毫米的弯曲部分28。
弯曲部分28是在绕组形式中，例如其具有一个或多个线匝，或例如其可以为螺线管形状。在另一个实例中弯曲部分28可以为U形。第二段是在例如开环的形式中。明显地有可能具有任意数量的弯曲部分28，也就是说η个任意几何图形的开环，η > I。
在图2中，第二检测段25在被弯曲以形成弯曲部分28之前被表示为直线形。
例如,在弯曲后,段23和27相互面对。例如,段23和27相互平行。
例如，第二段25的弯曲部分28的曲率半径等于或小于1. 4mm，并且特别地等于或小于Imm0
例如，在如图所示的实施方案中，第一纤维段23和第三纤维段25通过垂直于纤维长度的小于2. 8mm的宽度相隔,并且占据垂直于纤维长度的小于2. 8mm的宽度的空间。
第二段25的一些实施方案被表不在图1、3、4和5中。
在图1、3和5所示的实施方案中，弯曲部分28为绕组形且具有一个或多个例如圆形的线匝29。
在图1所示的实施方案中，弯曲部分28形成一个半的线匝29并且几乎平放在段 23和27的大致平面中，绕组28以扩展的形式表示在图1的顶端以显示绕组28的不同部分。通常的，绕组的每一个线匝29可以平放在平面中。
在图3表示的实施方案中，部分28的绕组的线匝29通常为被连接到段23和27 并且相互面对的螺旋形，例如其也可以平放且平行于对方。
也能够提供单一螺旋线匝或一个半的螺旋线匝29。
在图4表示的实施方案中，弯曲部分28形成曲流并至少一次改变凸状例如在一个平面中。
在图5表示的实施方案中，弯曲部分28包括具有一个或多个环绕几何圆柱体的线匝29的绕组，段23和27沿着该几何圆柱体放置，绕组缠绕的该几何圆柱体例如为圆柱形。 连接到段23和27的线匝29的连接部分251、252也具有小于2. 3毫米的曲率半径，例如对于围绕几何圆柱体的曲率半径约为Imm的线匝29，其为O. 8mm。被纤维2缠绕的几何圆柱体的直径在1. 5和4_之间。
下文中参考图8和图9描述了用于得到图2所示的在第二检测段25中的弯曲部分28的方法。
当形成头28时，锥形24、26是可选的。为了制造本发明的传感器I，硫系玻璃纤维被拉伸到确定的平均直径例如400微米以形成第一和第三段23、27。在至少一个尺寸中， 第二段25具有比段23、27更小的横向宽度，所述第二段例如通过加速拉伸速率、通过硫酸溶液和过氧化氢的化学侵蚀或通过在Tg+15%的温度下(Tg是纤维2的材料的玻璃化转变温度)热破碎的方法而形成。例如得到的段25能够在至少一个横向尺寸中减少到小于100微米。
玻璃化转变温度Tg通过每分钟的温度上升10° C的差热量分析来测量。
如图2所示纤维2则在纵向L中伸长。
继而段25通过热成型被弯曲。为此，纤维2的段25贴靠热芯50放置使得与芯接触放置的中间部分25在温度T2中，因此
1. 05. Tg ^ T2 ^1. 5. Tg,
以及特别地
1.1. W1. 2. Tg0
在实施方案的一个实例中，玻璃化转变温度Tg超过10%到15%以加热将被弯曲的段25。
根据由接触带53造成的曲率半径，对于段25的绕组，被段25贴靠防止的芯50的该接触带53具有小于4. 6mm的横向尺寸(例如直径)。例如，芯50的接触带53具有的横向尺寸(例如直径)等于或小于2. 4mm,以及例如等于或小于2mm。纤维2的段25缠绕的带53 的横向尺寸 或直径在例如1. 5和4_之间。
通常对于使用的硫系玻璃来讲，玻璃化转变温度Tg等于或高于90° C，并且等于或低于400° C。
芯50的加热发生在例如其中的第一和第二部分51、51的两部分中，纤维2的中间段25贴靠在这两部分之间的第三接触带53放置。这个第三带53的加热通过热传导发生， 例如从部分51、52，芯例如是金属的，设置有用于加热芯50的部件。芯50例如其在部分51、 52之间是长方形的。至少在它的接触带53中，或者全部地，芯50例如是圆柱形，特别是圆形圆柱形。明显地，芯50可以单独地只从部分51、52中的一个被加热。
为了达到弯曲效果，中间段25贴靠芯50被设置以被加热并且其具有期望的曲率半径。这个芯例如是不锈钢并且例如具有圆形的横截面以形成在段25中的圆形绕组。在这种方法中，段25以受控方式缠绕热芯50以形成弯曲部分，例如通过绕组28的一个或多个线匝也就是以至少360°在围绕芯50旋转，因此弯曲部分28被弯曲并且具有芯50的曲率半径。
之后段25以受控方式被冷却，例如在每分钟2° C中，随后芯50被移开。
在这种方法中，一些弯曲部分28被制造成绕组的形式，该绕组具有在一和五个线匝之间再加上根据图1的一个半的线匝，其在拥有100微米的纤维直径Dl的段25中还具有Imm的曲率半径，段23和27具有400微米的纤维直径D2，纤维具有圆形横截面。优选模型是具有3个线匝的模型，超过这个数量螺线管的长度(平行对称轴的尺寸)变为大于线匝的直径并且影响安装的紧密度。
因此其为芯50，其被纤维缠绕，其被加热以传送热量到纤维。由于被加热的弯曲部分28的内表面283通过这种局部加热进行退火，这个在弯曲部分28中提供了具有更好的机械强度的硫系纤维传感器。
通过芯50以及这种局部加热得到的热成形通过移除在纤维弯曲过程中产生的剩余应力极大地加强了硫系纤维传感器的机械强度。例如，发明人已经决定对于具有三个线匝的弯曲部分28的强度值为4牛顿，该线匝具有200 μ m的纤维直径以及如图1中的Imm 的曲率半径(弯曲部分28通过三个半线匝的绕组形成)。
在一个实施方案中，被纤维缠绕的热芯50包括铜或不锈钢的芯，该芯覆盖有特氟龙的层以防止纤维与芯50粘连。通常情况下，第一金属材料的芯50被覆盖有不同的第二金属材料并且对于纤维不粘的外层，例如特氟龙。
根据本发明的用于测量硫系纤维的弯曲部分28的机械强度的方法与在图11中表示的一样，并且在下文中描述该方法。
在图11中机械强度的测量实现在本发明的具有形成为一个半的线匝(此文的其他部分中称为线匝29)的弯曲部分28的纤维2上，因此纤维2缠绕了一次半使得段23和 27平行且相互面对。为了实现这个测量，弯曲部分28被固定在图11第二钳口 202和第一钳口 200之间的平面中，该第一钳口在弯曲部分28上施加力F意图使钳口 200和钳口 202 靠拢在一起。因此弯曲部分28的线匝29包括具有第一钳口 200的第三接触点281和具有第二钳口 202的第四接触点282，该第四点282与第三点281被分隔，例如其在线匝的平面中与第三点281完全相反。施加给弯曲部分28的第三点281确定的 压力F，该力F相对于第四点282。施加给弯曲部分28的力F因此意图使两个分离点281和282相互更加靠拢。 弯曲部分28的机械压缩强度是力F的值，超过该值弯曲部分28断裂。因此，由于机械强度的指示值F纤维的弯曲部分28不会断裂。力F的测量的设置例如通过设置在使钳口 200和 202靠拢一起的执行器上的力传感器。为了这个机械强度的测量，使用了名为Lloyd LR50K 仪器的压缩装置，在该装置中钳口 200向钳口 202的行进速率为IOmm/分钟。
例如在图11中，根据本发明的制造方法为了形成具有的弯曲部分28拥有一个半的线匝29的纤维2，被测量的机械压缩强度为F=L 5N，本发明的这个纤维2具有以下的参数
-弯曲部分28的一个半的线匝29的曲率半径1mm；
-沿着纤维全部长度(段23、25和27)的纤维的等厚度(纤维直径)240ym；
-纤维2 的成分Te2QAs3(lSe5Q ；
-点281和282之间的外部尺寸(高度)2mm。
在图12的比较实例中，使用了如图11中相同的测量方法，但是代表现有技术且没有使用本发明的方法形成的纤维300弯曲成U形，并且其具有以下的参数
-U形弯曲部分301的曲率半径10mm ;
-沿着纤维全部长度(在弯曲部分301和纤维300中)的纤维的等厚度(纤维直径):240 μ m ；
-纤维300 的成分Te2ciAs3tlSe5tl ；
-点281和282之间的外部尺寸(高度)20mm。
-现有技术中弯曲纤维300的方法纤维300在环境温度下(约20°C)无加热无卷曲的被弯曲。
测量的机械压缩强度为如在图12中所示的F=O. 03N。
因此本发明的传感器实质上具有的机械强度大于现有技术的硫系物质中的弯曲纤维。
现有技术的硫系纤维事实上众所周知的由于它们的成分而容易断裂。
由本发明的弯曲部分28形成的检测头是更耐磨和更坚硬的，其允许与被检测的基质更好的接触。例如，弯曲部分28的良好机械强度允许传感器的易于操作，特别是对于其插入任意适合的鞘或管或更加普遍的在任意适合的盒子或外壳中使用，并且其也允许弯曲部分28形成检测头以被施加和被邻接相对固体一致基片的某些力，该固体一致基片被检 测以保证检测部分25与这个基片的接触，例如身体器官或活体人的部分或活体动物身体。
通常情况下，弯曲部分28可以具有η为任意数目的n+1/2的线匝29，其中η为等于或大于零的自然整数，以使得第一和第三段23和27如基本上平行的相互面对。
在图6中显示了用于运行本发明的传感器的设备的实例。这个设备包括连接到纤维的第一端21的并向其发送红外信号的红外光谱仪101。纤维2的第二检测段25显示出其与试管或其他例如人体外部或动物身体中的实验室试样30的接触。纤维2的第二端22 连接到红外检测器102以接收通过纤维2的段23、25、27从第一端21传送到第二端22的红外信号。检测器102连接到通过检测器102接收的信号的放大器103。一旦信号被放大器103放大，该信号被发送到包括信号处理单元104的光谱仪101，该信号处理单元104允许在端22被接收的红外信号与发送到端21的红外信号比较。这种比较允许由样本30或更通常地由第二中间检测段25上的外界介质引发的扰动的评价。
具有这种检测方法有可能例如在样本30上证明代谢异常，该代谢异常表明了在血清或肝活检中的病理情况，或有机介质的细菌污染。
光谱仪101在中红外中发射。光谱仪包括被发送信号和被接收信号的光谱分析算法。被发送信号也可以在远红外中。具有外界介质的中间检测段25被放置并且可能与固体、液体或气体接触。
例如，第一纤维段23和第三纤维段27通过小于绕组28的最大曲率半径两倍的垂直于纤维长度的宽度被分隔，并且占据了具有小于绕组28的最大曲率半径两倍的垂直于纤维长度的宽度的空间。
在图1、3、4、5和7的实施方案中，第一和第三段23、37相互面对。在图1和图3 显示的实施方案中，第一和第三段23、37被等于或小于图1和图3中的第二段25的最大曲率半径两倍的距离分隔。
例如段23和27是平行的。传感器I在放置有第一和第二端21、22的第一侧10 和放置有第二检测段25的第二侧11之间全面地延伸，纤维通过第一段23顺着外向路径从第一侧10到第二侧11，然后通过第三段27顺着返回路径从第二侧22到第一侧10。明显地，第一或第二端21、22可以超过第一侧10伸出。
在图7显示的实施方案中，如图1中所描述的传感器I被插入支架40。这个支架 40为细长形，例如在纵向L中，例如在鞘的形式中。支架40包括内部为纵向管道42的主体21，第一和第二段23、27相互面对地插入该纵向管道42。例如，管道42具有的横向宽度等于或大于在图1或图3中第二段25的曲率半径的两倍，或者等于或大于这个加到两个段 23,27的横向厚度的曲率半径的两倍。
主体41和管道42延伸直至检测端43。第二检测段25至少部分地伸出，例如全部地伸出如在图7中所示，检测端43外侧，管道42外侧。部分第一和第二段23、27也可以超过检测端43而伸出。例如支架40是管形的。支架40是内窥管例如以研究生物的身体的内部。例如内窥支架40被用作拿传感器I的检测段25触到人类或动物身体内部的活体组织以研究它们。通过对生物的身体内部活体组织按压管子的检测端43，传感器I的检测部分25应用在这个活体组织上以检测其造成的对纤维2中红外信号的传输的任意扰动。明显地，支架40可以包括一个或多个其他纵向管道44。图7中的传感器I明显地可以是上文描述的其他实施方案中的一个。
上文描述的传感器I可以插入医疗设备的手术通道中使得检测头28接触外界介质或生物组织，该生物组织可以例如为固体或液体，体内或体外。例如它可以插入医疗诊断设备的导管中，在生物的内部或表面(例如皮肤)，在医疗分析设备中(例如体外血液分析)。
传感器I也可以用以检测在外界介质中具有纤维的光谱范围为O. 8到25微米的红外信号的一个或多个化学物质的存在，或者用以测量外界介质中的这种物质的量。
在图1中的传感器I上进行的实验具有曲率半径为I毫米(直径为2毫米)的绕组 28，该绕组28形成一个半的线匝，也就是说一个线匝为360°，而半个线匝显示为约5毫米的等效长度LI。使用这个螺线管传感器，乙醇的谱被测量。图10显示了沿Y轴的吸光度作为沿X轴的波长的函数，由于
-传感器I的纤维2与乙醇不接触，也就是说在空气中，作为每第一曲线Cl，
-传感器I的纤维2具有与乙醇接触的第三段27，而纤维2的段25在空气中，作为每第二曲线C2，
-传感器I的纤维2具有在位于最接近侧11的端上与乙醇接触的第二段25，也就是说，在绕组25距离图1中右端最远的部分上。
可以看到与曲线Cl和C2相比，曲线C3具有很高的吸光度。峰值P在相对应乙醇的波谱射线的约9. 5微米处，因此通过本发明的具有检测段25的传感器乙醇的谱被更好地检测。
通过本发明的检测头28的高灵敏度的部件，有可能检测在与这个头28接触放置的外界介质中的红外线中的分子标签，并且特别地检测对于一个相同分子式在较小量中的分子的存在，而且也检测具有不同分子式的较大量的分子的存在。
权利要求
1.一种传感器，所述传感器具有至少一个纤维，所述至少一个纤维允许至少在O. 8和25微米之间的一个红外波长下红外线的传播并且向外产生倏逝波以检测外界介质的红外信号，所述至少一个纤维(2)具有XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或这些成分中的两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中的两种或多于两种的混合物，所述纤维在其长度上接连地包括引导红外波的第一纤维段(23)、至少一个具有检测功能的第二纤维段(25)和引导红外波的第三纤维段(27)，所述第二纤维段(25)趋向于接触外界介质以检测扰动沿纤维(2)传播的倏逝波的传播的红外信号，其特征在于在所述具有检测功能的第二纤维段(25)中，所述纤维(2)由至少一个曲率半径局部地小于2. 3毫米的弯曲部分形成。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于所述第二纤维段(25)的所述弯曲部分在试图将属于所述弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或闻于IN。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于所述至少一个弯曲部分具有的纤维曲率半径等于或小于I毫米。
4.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述第一纤维段(23)和所述第三纤维段(27)通过垂直于所述纤维的长度的小于2. 8mm的宽度被分隔，并且占据垂直于所述纤维的所述长度的小于2. 8mm的宽度的空间。
5.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述弯曲部分(28)包括绕组。
6.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述弯曲部分(28)包括绕组，所述绕组包括至少一个线匝，所述第二纤维段(25)的所述弯曲部分在试图将属于所述弯曲部分的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或高于IN每线匝。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的传感器，其特征在于所述第二检测段(25)具有所述纤维的至少一个横向尺寸(Dl)小于在第一和第三段(23、27)中纤维的至少一个横向尺寸(D2)。
8.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述第二纤维段(25)具有的纤维直径(Dl)在50和450微米之间。
9.根据权利要求1到6中任一项所述的传感器，其特征在于所述纤维在第一、第二和第三段(23、25、27)上具有的纤维厚度在50和450微米之间，所述纤维厚度在这些第一、第二和第三段(23、25、27)上是恒定的。
10.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于第一和第三纤维段(23、27)插入保护鞘(40)中，所述第二段(25)至少部分地从所述鞘的一端(43)伸出并且趋向于接触被检测的所述外界介质，不论所述外界介质是固体和/或液体和/或气体。
11.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述第一和第三纤维段(23、27)插入医疗诊断设备(40)的手术通道中，所述第二段(25)至少部分地从所述通道的一端(43)伸出并且趋向于接触体内和/或体外的组织或生物体液。
12.根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于X在重量上的比例等于或高于10%并且等于或低于70%，而Y在重量上的比例等于或高于30%并且等于或低于90%。
13.一种方法，用于制造根据前述权利要求任一项所述的传感器，其特征在于所述硫系纤维(2)具有XY型的组合物，其中X选自Ge、As或Sb或这些成分中两种或多于两种的混合物，而Y选自S、Se、Te或这些成分中两种或多于两种的混合物，所述硫系纤维(2 )具有玻璃化转变温度Tg，所述纤维在其长度上接连地包括在所述纤维(2 )的第一和第二端(21、22)两端之间的所述第一纤维段(23)、形成所述第二纤维段(25)的中间部分(25)和所述第三纤维段(27)，具有横向尺寸小于4. 6毫米的接触带(53)的芯(50)被加热至一定的温度，而所述纤维(2)的所述中间部分(25)贴靠所述芯(50)的所述接触带被放置，使得与所述芯(50)的所述带(53)接触的所述中间部分(25)具有的温度T2为1.05. Tg ^ T2 ^1. 5. Tg,所述纤维(2)的所述中间部分(25)以至少180°的缠绕角缠绕所述芯(50)的所述接触带(53)以在所述纤维的所述中间部分(25)中形成所述弯曲部分(28)，并且形成的所述纤维的所述第二纤维段(25)具有的曲率半径局部地小于2. 3毫米。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于所述芯(50)包括第一和第二部分(51、52)，并且在所述第一和第二部分(51、52)之间平放所述接触带(53)，所述芯通过所述第一和第二部分(51、52)中的至少一个被加热。
15.根据权利要求13和14任一项所述的制造方法，其特征在于所述芯(50)是具有任意横截面的圆柱形。
16.根据权利要求13到15任一项所述的制造方法，其特征在于所述温度T2超过所述玻璃化转变温度Tg 10%到20%。
17.根据权利要求13到16任一项所述的制造方法，其特征在于所述中间部分(25)具有的纤维直径(D2)在50和450微米之间。
18.根据权利要求13到17任一项所述的方法，其特征在于所述弯曲部分(28)在试图将属于所述弯曲部分(28)的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或闻于IN。
19.根据权利要求13到18任一项所述的传感器，其特征在于所述弯曲部分(28)包括绕组，所述绕组包括至少一个线匝，所述弯曲部分(28)在试图将属于所述弯曲部分(28)的两个分离点靠拢在一起的方向上具有的机械压缩强度等于或高于IN每线匝。
全文摘要
本发明涉及一种纤维传感器，所述纤维传感器能使红外线在0.8到25微米的至少一个波长下传播，所述纤维沿其长度接连地包括第一红外波导段(23)，第二检测段(25)和第三红外波导段(27)，所述第二检测段(25)趋向于接触外部环境以检测干扰沿所述纤维(2)传播的倏逝波的传播的红外信号。本发明的特征在于，在具有检测作用的所述第二纤维段(25)中，所述纤维(2)由曲线部分构成，所述曲线的曲率半径局部地小于2.3毫米。
文档编号G01N21/77GK103025672SQ201180026975
公开日2013年4月3日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年4月1日
发明者B·比罗, C·布萨尔, O·洛雷亚尔, P·乌伊佐, J-L·亚当, J·卢卡斯 申请人:雷恩第一大学, 国家科学研究中心