一种光纤SPR复用传感解调装置及解调或功能扩展方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤SPR复用传感解调装置，包括宽带光源，分束器，滤光片，光纤SPR传感器，合束器，光谱分析仪，计算机。光源发出的光经分束器后被分成三束，分别经过中心波长各异且透射光谱互不重叠的滤光片，成为三个完全不同的光束，每一束光连接一个光纤SPR传感器，其透射光谱经合束器合束后进入光谱分析仪进行解调，可得到不同被测物质的折射率信息。本装置通过增加分束器和合束器的端口数量，具有持续扩展能力，但其扩展规模受限于宽带光源的光谱范围和滤光片的带宽大小。相比基于单一光源的光纤SPR传感解调方法，本发明专利技术能够同时检测多种被测物质，有效的节约了硬件资源，用于生物介质实时传感检测可大幅提高传感检测的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤SPR复用传感解调装置及解调或功能扩展方法
本专利技术属于传感及检测
，特别涉及一种基于光纤SPR传感的具有扩展功能的光纤SPR复用传感解调装置及方法。
技术介绍
SPR(表面等离子体共振)现象是一种发生在金属与电介质界面的物理光学现象。金属表面的自由电子在光线的照射时会偏离原来的平衡位置，从而形成周期性的间歇震荡波，即表面等离子体波(SPW)。当入射光的波矢与表面等离子体波矢满足相位匹配条件时，二者产生共振，就会产生表面等离子体共振也就是SPR现象。此时入射光的能量将会大量的耦合到表面等离子体，透射光强发生显著的减弱。由于SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，利用SPR传感器的透射光谱可以实时跟踪电介质折射率的变化，进而检测出折射率不同的物质。光纤SPR传感技术是将光纤与SPR有效结合的一种新技术。光纤SPR传感器采用光纤作为载体，跟传统的棱镜型SPR传感器相比，其优势主要体现在：小型化、无标记、耗样量少，以及可实现远距离实时检测。目前用于各类生物试剂检测的光纤SPR传感器种类非常多，但是已有的SPR传感器在检测时每次只能检测一种物质，单位耗时长，检测效率低。20世纪中叶以来生物医学的迅猛发展，各类生物医学问题逐渐成为研究热点，其中生物试剂的检测是研究的重点之一。目前已经发展成熟且被广泛使用的生物传感检测方法，所需要的前期处理工序较多、测量结果常引入人为因素、检测手段耗时较长且一般需要对样品进行标记，这些都阻碍了生物医学的进一步发展。与传统生物医学检测手段相比，光纤SPR传感技术具有实时检测、无标记、耗样量少等特点，在生物传感、检测方面越来越受到重视。除此以外，光纤SPR技术还可广泛用于环保、生化、医学、生命科学研究等。目前光纤SPR技术尚处于起步阶段，并且利用光纤SPR传感器对多种生物化学试剂进行检测时一般是采用单个光源与单个光纤SPR传感器对待测试剂逐一进行传感检测，耗时较多，检测结果难以相互比较。因此实现多种待测介质的复用传感检测，可以大幅度的提高检测效率，从而更广泛的应用于全社会。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有的光纤SPR传感检测装置每次一般只能检测一种待测物、单位耗时较长、检测效率低下的问题。为了更好的实现市场化应用，更少的占用光源、光谱分析仪等硬件资源，本专利技术提供了一种具有扩展功能的光纤SPR复用传感解调装置及方法。利用激光分束器以及滤光片技术，避免了多个光路之间的波段重叠、相互干扰现象，将三个或者多个光纤SPR传感器进行组合，从而实现三个或者三个以上的待测介质的同时传感检测。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种光纤SPR复用传感解调装置，包括：光源：采用卤钨灯宽带光源；分束器：用于将光源发出的光分成三束同等光强的光；滤光片：包括三个中心波长不同的第一滤光片、第二滤波器和第三滤波器，将光源发出的光分成不同波段的光，且三者透射光谱之间彼此没有重叠；光纤SPR传感器：包括三个共振特征波长值及SPR共振峰不同的第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器用于分别进行多个被测物质折射率的同时传感；合束器：用于将多个拥有不同波长的光进行合束，成为一束光并输出；光谱分析仪：集信息采集，处理，存储诸功能于一体，用于实时显示不同波长对应的光强信息；计算机：对光谱分析仪采集到的光谱信息进行实时显示和解调处理，同时获得被测物质的折射率信息。利用上述光纤SPR复用传感解调装置的解调方法，包括以下步骤：光源发出的光束经过分束器后被分成三束等光强的光束；所述三束等光强的光束再分别通过三个中心波长不同、光谱互不重叠的第一滤光片、第二滤波片和第三滤波片，从而形成拥有不同波段的三束彼此独立的光束；所述三束彼此独立的光束作为独立的输入光源分别通过三个不同的第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器，利用第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器分别检测三种不同的被测物质，并将物质的折射率信息转化为光学信号；通过上述第一光纤SPR传感器、第二光纤SPR传感器和第三光纤SPR传感器的三束光经合束器合束后重新合为一束光并输入光谱分析仪，所述光谱分析仪将采集到的不同波长的光强信息输送至计算机，通过计算机实现不同波长对应光强信息的解调获得三种不同物质的折射率信息，从而实现了通过一种光源同时进行三种被测物质的同时传感检测。针对上述光纤SPR复用传感解调装置的功能扩展方法是，通过增加分束器和合束器的端口数量，从而扩展复用通道数，每个复用通道均分别布置一个滤光片和一个光纤SPR传感器，所有滤光片的透射光谱不重叠。其中，分束器和合束器的端口数量取决于宽带光源的光谱范围和滤光片的带宽大小。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：与传统的光纤SPR传感检测装置及方法不同，本专利技术装置使用了激光分束器以及滤波片，采用三个(也可以扩展为更多)光纤SPR传感器来实现多种物质的同时检测，有效的提高了传感检测的效率，并减少了对光源、光谱仪等硬件设施的占用。附图说明图1是具有扩展功能的光纤SPR复用传感解调装置的原理图。图中：1是光源，2是分束器，3是第一滤光片，4是第二滤光片，5是第三滤光片，6是第一光纤SPR传感器，7是第二光纤SPR传感器，8是第三光纤SPR传感器，9是合束器，10是光谱分析仪，11是计算机。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术提出了一种光纤SPR复用传感解调装置，如图1所示，该装置是基于光纤SPR传技术，通过多个光纤SPR传感器的复用传感解调而同时得到不同待测介质的信息。该装置包括：光源1、分束器2、滤光片、光纤SPR传感器、合束器9、光谱分析仪10和计算机11；其中，光源1采用卤钨灯宽带光源；分束器2用于将光源发出的光分成三束同等光强的光；本专利技术中的滤光片包括三个中心波长不同的第一滤光片4、第二滤波器4和第三滤波器5，将光源发出的光分成不同波段的光，且三者透射光谱之间彼此没有重叠；本专利技术中的光纤SPR传感器包括三个共振特征波长值及SPR共振峰不同的第一光纤SPR传感器6、第二光纤SPR传感器7和第三光纤SPR传感器8用于分别进行多个被测物质折射率的同时传感；合束器9用于将多个拥有不同波长的光进行合束，成为一束光并输出；光谱分析仪10集信息采集，处理，存储诸功能于一体，用于实时显示不同波长对应的光强信息；计算机11对光谱分析仪采集到的光谱信息进行实时显示和解调处理，同时获得被测物质的折射率信息。采用上述光纤SPR复用传感解调装置的解调方法包括以下步骤：光源1为卤钨灯宽带光源，光源1发出的光束经过分束器2后，被分成三束彼此独立的等光强的光束；所述三束等光强的光束再分别通过三个中心波长不同、光谱互不重叠即拥有不同滤光特性的的第一滤光片3、第二滤波片4和第三滤波片5，经过滤光片滤光作用后，这三个光束中光就在波段上被分开，从而形成拥有不同波段的三束彼此独立的光束继续向前传输；所述三束彼此独立的光束作为独立的输入光源分别通过三个不同的第一光纤SPR传感器6、第二光纤SPR传感器7和第三光纤SPR传感器7，此时这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤SPR复用传感解调装置，其特征在于，该装置包括：光源(1)：采用卤钨灯宽带光源；分束器(2)：用于将光源发出的光分成三束同等光强的光；滤光片：包括三个中心波长不同的第一滤光片(4)、第二滤波器(4)和第三滤波器(5)，将光源发出的光分成不同波段的光，且三者透射光谱之间彼此没有重叠；光纤SPR传感器：包括三个共振特征波长值及SPR共振峰不同的第一光纤SPR传感器(6)、第二光纤SPR传感器(7)和第三光纤SPR传感器(8)用于分别进行多个被测物质折射率的同时传感；合束器(9)：用于将多个拥有不同波长的光进行合束，成为一束光并输出；光谱分析仪(10)：集信息采集，处理，存储诸功能于一体，用于实时显示不同波长对应的光强信息；计算机(11)：对光谱分析仪采集到的光谱信息进行实时显示和解调处理，同时获得被测物质的折射率信息。

【技术特征摘要】
1.一种光纤SPR复用传感解调装置，其特征在于，该装置包括：光源(1)：采用卤钨灯宽带光源；分束器(2)：用于将光源发出的光分成三束同等光强的光；滤光片：包括三个中心波长不同的第一滤光片(4)、第二滤波器(4)和第三滤波器(5)，将光源发出的光分成不同波段的光，且三者透射光谱之间彼此没有重叠；光纤SPR传感器：包括三个共振特征波长值及SPR共振峰不同的第一光纤SPR传感器(6)、第二光纤SPR传感器(7)和第三光纤SPR传感器(8)用于分别进行多个被测物质折射率的同时传感；合束器(9)：用于将多个拥有不同波长的光进行合束，成为一束光并输出；光谱分析仪(10)：集信息采集，处理，存储诸功能于一体，用于实时显示不同波长对应的光强信息；计算机(11)：对光谱分析仪采集到的光谱信息进行实时显示和解调处理，同时获得被测物质的折射率信息。2.一种光纤SPR复用传感解调方法，其特征在于，采用如权利要求1所述光纤SPR复用传感解调装置，并包括以下步骤：光源(1)发出的光束经过分束器(2)后被分成三束等光强的光束；所述三束等光强的光束再分别通过三个中心波长不同、光谱互不重叠的第一滤光片(3)、第二滤波片(4)和第三滤波片(5)，从而形成拥有不同波段的三束彼此独立的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉珍，马金英，刘铁根，刘琨，江俊峰，王涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12