一种基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器。

背景技术：

距离传感器是利用飞行时间法来以检测物体的距离的一种传感器。“飞行时间法”是通过发射特别短的并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。其只能测定距离不能检测物体的位移，因此，人们又使用了位移传感器。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

但是，无论是距离传感器还是位移传感器，均不能测定物体产生的微小形变，如轻微的拉伸等，而如何来测定物体的微小形变，是现在亟待需要解决的一个问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器，观察光波通过所述所述微形变传感器本体得到的消光光谱，即可判断所述微形变传感器本体本身发生的形变，从而判断待检测物体的微形变或者两个待测物体之间的微位移。

本实用新型提供一种基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器，其特征在于，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器包括：微形变传感器本体，所述微形变传感器本体包括一衬底薄膜，所述衬底薄膜上设置有纳米金属阵列，所述衬底薄膜可以发生可恢复弹性形变。

优选地，所述衬底薄膜为PDMS层。

优选地，所述纳米金属阵列为纳米金盘阵列。

优选地，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器还包括：

设置于所述微形变传感器本体入射端的入射光源，在所述微形变传感器本体与所述入射光源之间设置有一偏振装置；以及

设置于所述微形变传感器本体出射端的光谱仪，所述光谱仪用于接收所述微形变传感器本体的光谱。

优选地，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器还包括光谱显示装置，所述光谱显示装置与所述光谱仪连接，用于显示所述光谱仪接收的光谱。

在本实用新型中，观察光波通过所述所述微形变传感器本体得到的消光光谱，即可判断所述微形变传感器本体本身发生的形变，从而判断待检测物体的微形变或者两个待测物体之间的微位移。

附图说明

图1是本实用新型的微形变传感器本体的结构示意图；

图2是本实用新型的衬底薄膜发生不同程度的形变时得到的消光光谱；

图3是所述衬底薄膜发生不同程度的形变时得到的谱峰波长；

图4是所述衬底薄膜在同一形变量下，不同拉伸次数得到的谱峰波长；

图5是本实用新型的基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器的光路图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器包括：微形变传感器本体100，所述微形变传感器本体100包括一衬底薄膜101，所述衬底薄膜101上设置有纳米金属阵列102，且所述衬底薄膜101可以发生可恢复弹性形变。

本实用新型设置有一衬底薄膜101，所述衬底薄膜可以贴合在物体表面，随着物体的形变一起发生形变，所述衬底薄膜101上设置有纳米金属阵列 102。

当光波入射到贵金属纳米颗粒和介质的交界面处时，倏逝波和表面等离子体波将产生共振，这种现象称为表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)。

基于贵金属纳米颗粒的局域表面等离子体(Localized surface Plasmon resonance，LSPR)传感技术是一种先进的且无需标记的传感技术。在贵金属纳米颗粒阵列中，颗粒被入射光激发后会产生自发辐射，该种辐射会对周围其他颗粒造成影响，从而形成颗粒间的耦合现象。远场耦合现象下，纳米阵列的消光光谱出现蓝移现象；具体的，远场耦合下纳米颗粒间的相互作用提高纳米颗粒共振的复位速度，导致纳米颗粒的共振频率提高，共振峰向短波长方向偏移。

所述衬底薄膜101上设置有纳米金属阵列102，由于远场耦合现象，纳米金属阵列102的消光光谱会发生蓝移现象，但是在所述衬底薄膜101拉伸状态下，所述纳米金属阵列102的纳米颗粒之间的间距增大，纳米颗粒之间耦合强度减小，消光光谱因此而出现红移。

所述衬底薄膜101的拉伸，会导致所述衬底薄膜101上的金属阵列102 的消光光谱发生偏移，通过观察所述消光光谱即可判断所述衬底薄膜101是否发生拉伸。

在本实用新型的微形变传感器本体100在使用过程中可以将所述衬底薄膜101贴合在待测物体表面，当所述待测物体发生微形变的过程中，所述衬底薄膜101随着物体的形变一起发生形变，所述衬底薄膜101上设置有纳米金属阵列102，所述纳金属阵列102的消光光谱会发生偏移，通过观察所述金属阵列102的消光光谱，即可判断物体的微形变。

本实用新型的微形变传感器本体100在使用过程中，也可以固定于两个物体之间来测量两个物体之间的微位移；具体的，将所述微形变传感器本体 100相对的两个侧边固定于两个待测物体之间，当所述两个待测物体之间发生相对位移时，会对所述微形变传感器本体100的衬底薄膜101进行拉伸，会使叔叔衬底薄膜101上的金属阵列102的纳米颗粒之间的间距增大，从而发生消光光谱的偏移，通过观察所述金属阵列102的消光光谱，即可判断两个待测物体之间的微位移。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，所述衬底薄膜101为PDMS (Polydimethylsioxane，聚二甲基硅氧烷)层，所述纳米金属阵列102为纳米金盘阵列，即在所述衬底薄膜101上均匀分布有多个直径相等的纳米金盘。 PDMS是一种硅氧基聚合物，其化学性质与玻璃相近，与多数光刻胶、显影液、去胶液、金属腐蚀剂相兼容，因此，在现有加工技术中，可以在PDMS 基底上完成多种微纳结构的加工。PDMS是一种高分子有机硅化合物，具有光学透明、光学特性、低表面能、高透气性和很好的弹性。PDMS在液态时为一种黏稠液体，被称为硅油；在固态时则为惰性硅胶，具有无毒、疏水性、透明弹性的特征。

进一步地，如图2和图3所示，图2示出了所述衬底薄膜101发生不同程度的形变时得到的消光光谱，图3示出了所述衬底薄膜101发生不同程度的形变时得到的谱峰波长，在所述衬底薄膜101发生不同程度的形变时，会得到不同的消光光谱，具体的，所述衬底薄膜101形变量越大，得到的消光光谱的谱峰波长越大。

进一步地，图4示出了所述衬底薄膜101在同一形变量下，不同拉伸次数得到的谱峰波长，其中从初始状态到拉伸状态，然后再回到初始状态计做一个拉伸次数。由图可知，所述衬底薄膜101的拉伸次数对所述消光光谱的谱峰波长的影响极小，其重复性很好。

进一步地，如图5所示，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器还包括：设置于所述微形变传感器本体100入射端的入射光源200，在所述微形变传感器本体100与所述入射光源之间设置有一偏振装置300；以及设置于所述微形变传感器本体100出射端的光谱仪400。

所述入射光源200提供一个光源，该光源通过偏振装置300照射到所述微形变传感器本体100表面，通过所述微形变传感器本体100之后的光线传输至所述光谱仪400，所述光谱仪400接收所述微形变传感器本体100的光谱。

在本实用新型的一个实施例中，所述偏振装置300的起偏方向与所述微形变传感器本体100的拉伸方向垂直，即，通过偏振装置300之后的光波的振动方向与所述微形变传感器本体100的拉伸方向垂直，此时，所述微形变传感器本体100的灵敏度最高，固在本实施例中，设置一偏振装置300，只保留与所述微形变传感器本体100的拉伸方向垂直振动的光波。

进一步地，所述基于局域表面等离子共振现象的微形变传感器还包括光谱显示装置500，所述光谱显示装置500与所述光谱仪400连接，用于显示所述光谱仪400接收的光谱。

在本实用新型中，通过观察光波通过所述所述微形变传感器本体100得到的消光光谱，即可判断所述微形变传感器本体100本身发生的形变，从而判断待检测物体的微形变或者两个待测物体之间的微位移。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。