一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法技术

本申请提供的一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法中，光纤传感器为依次连接的多模光纤、单模光纤及多模光纤；单模光纤包层上涂敷有铬薄膜层，铬薄膜层的表面涂敷有金薄膜层；金薄膜层的一半涂敷有PDMS，另一半为裸露层，以产生两个独立的SPR共振波谷，第一个共振波谷是由裸露层的镀金光纤产生的，其共振波长由介质的折射率和温度调节；第二个共振波谷是由涂敷有聚二甲基硅氧烷的光纤的，其专门用于监测液体样品温度变化的共振波谷；本申请通过对PDMS共振波谷的波长位移变化实现了对温度变化的测量，进而有效补偿裸露层光纤部分对变压器油折射率变化测量时所面临的热扰动，从而得到更准确的变压器油的折射率变化。

An optical fiber sensor based on SPR and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法
本申请涉及光纤传感器
，尤其涉及一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法。
技术介绍
目前电力变压器的老化问题已成为电力系统能否长期稳定运行的关注焦点，作为电力变压器绝缘的重要组成部分，变压器油在长期运行过程中由于受到各种因素的影响，发生不可逆转的老化，降解产生CO、糠醛、甲醇及丙酮等物质溶于变压器油中。研究表明，老化的变压器油折射率较高，因此，可以通过测量变压器油的折射率来监测变压器的老化程度。基于SPR的光纤传感器可以用来测量变压器油的折射率，目前常用的基于SPR的光纤传感器为：将光导纤维的包层去除一部分替换为一定厚度的金属膜，光纤在光导纤维内传输时不断发生全反射，透射波在金属膜和介质接触界面发生表面等离子共振，最后反射光从光导纤维的另一端出射，通过检测其光谱的相关参数即可测量待测样品的折射率；但是由于温度对折射率的强烈影响，光纤折射率传感器受环境温度扰动的影响较大，而常规的基于单信号SPR的光纤传感器无法补偿环境干扰的影响，外部温度波动会在SPR信号中产生重大变化，从而可能导致错误的折射率测量。为了补偿环境干扰对折射率测量的影响目前有两种方法，第一种方法是：在基于棱镜的SPR光纤传感器中使用两个独立的金属涂层光纤段，产生双通道SPR，第二种方法是：通过与用于温度感测的Fabry-Perot干涉仪进行级联，以减少外部温度干扰对SPR传感器响应的影响，但第一种方法中所用光纤的外径大于标准通信网络中使用的光纤的外径，第二种方法中会导致传感器的总长度太长，长达几厘米。
技术实现思路
本申请提供了一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法，以补偿温度对折射率的影响测量变压油的折射率。为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：第一方面，本申请提供了一种基于SPR的光纤传感器，所述光纤传感器为多模-单模-多模光纤，其中：所述多模-单模-多模光纤包括依次连接的多模光纤、单模光纤及多模光纤；单模光纤包层的两端均涂敷有铬薄膜层，所述铬薄膜层的表面涂敷有金薄膜层；所述金薄膜层包括等长度的第一区域和第二区域，所述第一区域的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷，所述第二区域设为裸漏层。可选的，所述铬薄膜层的表面涂敷有双层金薄膜层。可选的，所述铬薄膜层的厚度为3-7nm。可选的，所述金薄膜层的厚度为25-35nm。第二方面，本申请还提供了一种基于SPR的光纤传感器的制备方法，所述方法包括：通过热蒸发工艺在单模光纤包层的两端均涂敷铬薄膜层；通过热蒸发工艺在所述铬薄膜层的表面涂敷金薄膜层；在所述金薄膜层的所述第一区域表面涂敷二甲基硅氧烷；所述二甲基硅氧烷固化后得到基于SPR的光纤传感器。可选的，所述在所述金薄膜层的所述第一区域表面涂敷二甲基硅氧烷包括：将丙烯酸树脂片置于帕耳帖板上；将所述二甲基硅氧烷与固化剂混合后静止至无气泡逸出；将所述多模-单模-多模光纤悬挂于所述丙烯酸树脂片上，所述多模-单模-多模光纤与所述丙烯酸树脂片间距离为1mm；将二甲基硅氧烷放在所述丙烯酸树脂片上，完成对所述金薄膜层的第一区域表面涂敷二甲基硅氧烷。与现有技术相比，本申请的有益效果为：由上述可见，本申请提供的一种基于SPR的光纤传感器及其制备方法中，光纤传感器为多模-单模-多模光纤，其中：所述多模-单模-多模光纤包括依次连接的多模光纤、单模光纤及多模光纤；单模光纤包层的两端均涂敷有铬薄膜层，所述铬薄膜层的表面涂敷有金薄膜层；所述金薄膜层包括等长度的第一区域和第二区域，所述第一区域的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷，所述第二区域设为裸露层；本申请中镀金单模光纤的一半覆盖有聚二甲基硅氧烷(PDMS)，以在光纤传输光谱中产生两个独立的SPR共振波谷，第一个共振波谷是由裸露层的镀金光纤产生的，其共振波长由周围介质的折射率和温度调节；第二个共振波谷是由涂敷有聚二甲基硅氧烷的光纤的，其为专门用于监测液体样品温度变化的共振波谷；根据这两个共振波谷对应的波长位移量变化可以得到变压器油的温度变化与折射率变化。本申请通过对PDMS共振波谷的波长位移变化实现了对温度变化的测量，进而有效地补偿了裸露层光纤部分对物质折射率变化测量时所面临的热扰动，从而得到更准确的变压器油的折射率变化。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种基于SPR的光纤传感器的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种基于SPR的光纤传感器的制备方法流程示意图。其中：1-多模光纤，2-单模光纤，3-单模光纤包层，4-铬薄膜层，5-金薄膜层，6-第一区域，7-第二区域。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。参见附图1，附图1示出了本申请实施例提供的一种基于SPR的光纤传感器的结构示意图；下面结合附图1对本申请实施例提供的一种基于SPR的光纤传感器进行说明。第一方面，本申请提供了一种基于SPR的光纤传感器，所述光纤传感器为多模-单模-多模光纤，其中：所述多模-单模-多模光纤包括依次连接的多模光纤1、单模光纤2及多模光纤1；本申请实施例中多模-单模-多模光纤为镀金光纤，将长度为L的单模光纤插入两根多模光纤之间，即形成多模-单模-多模光纤，由于光纤的纤芯直径不匹配，耦合到单模光纤的部分光以包层模式传播，因此单模光纤包括单模光纤包层3。本申请实施例中多模-单模-多模光纤为镀金光纤，为了加强金层更好地粘附于单模光纤2的表面，本申请中首先在单模光纤包层3的表面涂敷有铬薄膜层4，然后在所述铬薄膜层4的表面涂敷有金薄膜层5；铬薄膜层4作为粘结中间涂层材料，可促进金薄膜层5在单模光纤表面的粘附性。其中，所述铬薄膜层4的表面涂敷有双层金薄膜层；所述铬薄膜层4的厚度为3-7nm；所述金薄膜层5的厚度为25-35nm。所述金薄膜层5包括等长度的第一区域6和第二区域7，所述第一区域6的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷(PDMS)，所述第二区域7设为裸露层，也就是，金薄膜层5一半的长度上涂敷有聚二甲基硅氧烷，另一半为不涂敷任何物质的裸露层。由于二甲基硅氧烷(PDMS)具有高的负热光系数，其固化后，透射光谱中涂敷有聚二甲基硅氧烷的第一区域处会出现一个共振波谷，该共振波谷只有当温度发生变化时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SPR的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器为多模-单模-多模光纤，其中：/n所述多模-单模-多模光纤包括依次连接的多模光纤(1)、单模光纤(2)及多模光纤(1)；/n单模光纤包层(3)的表面涂敷有铬薄膜层(4)，所述铬薄膜层(4)的表面涂敷有金薄膜层(5)；/n所述金薄膜层(5)包括等长度的第一区域(6)和第二区域(7)，所述第一区域(6)的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷，所述第二区域(7)设为裸露层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SPR的光纤传感器，其特征在于，所述光纤传感器为多模-单模-多模光纤，其中：
所述多模-单模-多模光纤包括依次连接的多模光纤(1)、单模光纤(2)及多模光纤(1)；
单模光纤包层(3)的表面涂敷有铬薄膜层(4)，所述铬薄膜层(4)的表面涂敷有金薄膜层(5)；
所述金薄膜层(5)包括等长度的第一区域(6)和第二区域(7)，所述第一区域(6)的表面涂敷有聚二甲基硅氧烷，所述第二区域(7)设为裸露层。


2.根据权利要求1所述的基于SPR的光纤传感器，其特征在于，所述铬薄膜层(4)的表面涂敷有双层金薄膜层。


3.根据权利要求1所述的基于SPR的光纤传感器，其特征在于，所述铬薄膜层(4)的厚度为3-7nm。


4.根据权利要求1所述的基于SPR的光纤传感器，其特征在于，所述金薄膜层(5)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭庆军，雷嘉丽，钱国超，陈伟根，邹德旭，张知先，王建新，万福，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53