本发明专利技术提供了一种基于单模光纤的级联型SPR温度补偿传感器，该传感器由宽谱光源1，隔离器2，光纤SPR传感器3，光谱分析仪4以及计算系统5组成。光纤SPR传感器3由折射率传感区301和温度传感区302组成，通过级联实现对折射率和温度的实时检测，宽谱光源1输出的光在光纤SPR传感器3的金属膜附近产生SPR效应，由于两个传感区对折射率和温度的灵敏度不同，因此在光谱分析仪4得到两个相对独立的透射峰，经过计算系统5计算得到带有温度补偿的折射率，消除了温度对折射率传感区的扰动，从而提高了对折射率检测的精确度。本发明专利技术制备简易，成本低，可广泛应用于生物传感、环境检测等领域。环境检测等领域。环境检测等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于单模光纤的级联型SPR温度补偿传感器
(一)
[0001]本专利技术涉及的是一种基于单模光纤的级联型光纤SPR传感器，可同时对环境中温度、折射率进行实时监测并对折射率传感进行温度补偿，属于光纤传感
(二)
技术介绍
[0002]光纤传感器本质上是以光信号作为被测对象的信号介质，以光纤光路作为光信号传输的载体。当外界环境参数，如温度、压力、磁场、折射率等，与传感器中的光纤或连接到光纤上的调制器相互作用，转变为可以进行测量的光信号，通过测量光纤中传输光信号的光学性质的变化，如光强度、波长、频率、相位、偏振态等，从而得到被测参数的信息，就可以对外界环境参量进行传感。
[0003]电子传感器较大的尺寸限制了它们的应用，并且存在的过多的电磁噪声会严重干扰传感信号，从而影响了传感器的性能并降低了耐用性。光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、成本低、结构紧凑等优点而越来越受到研究人员的重视。到目前为止，已有许多类型的光纤传感器，例如光纤光栅传感器(Fiber Grating Sensors)、表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器、光纤干涉传感器(Optical Fiber Interference Sensors)等。
[0004]光纤传感器目前最大的不足在于由于其技术条件及制造成本等因素的限制，其产品大多还处于实验室阶段，相比于其他更加成熟的技术，光纤传感器还不能在实际生活中投入大规模的商业化使用，本专利技术解决了技术问题，采用成本较低的单模光纤制作，以及成熟的抛磨技术，解决了制作成本过高以及制作困难的问题，为光纤传感器的普及提供了方向。
[0005]表面等离子体共振是利用入射光在介质与金属两种具有不同介电属性的介质分界面发生全反射时产生的倏逝波，引发金属表面的自由电子振荡，从而产生表面等离子体波(Surface Plasmon Wave,SPW)，当倏逝波与SPW相互匹配时二者即发生共振，此时全反射会被破坏，某一特定波长的光被自由电子所吸收，造成其能量急剧降低，在共振光谱图上反映为一个共振谷。当金薄膜表面物质的折射率或SPR共振激发角改变时，共振谷会发生漂移，将共振谷的漂移量与被测参量变化一一对应，即可实现待测参量的测量。
[0006]光纤表面等离子体共振(SPR)传感器操作方便，制造成本低，且在温度和折射率传感方面具有较高的灵敏度，其通常为波长调制传感器，即当产生倏逝场后，金属膜表面的折射率发生改变时，表面等离子体波的共振波长将相应发生改变，其变化幅度取决于倏逝场区域的有效折射率。所以通过测量光纤表面倏逝场中的折射率变化，可以检测到环境变化。因此，光纤表面等离子体共振(SPR)传感器在近些年成为了该研究的热点。
[0007]温度(Temperature)和折射率(Refractive Index,RI)作为两种基本环境参数，目前被广泛应用于环境监测、食品生产、医学检测以及生物传感。同时，由于折射率是与环境温度密切相关的参数，它会随温度的变化而变化，因此，这就需要我们同时检测物体的折射率和温度，对折射率进行温度补偿，提高对折射率检测的精确度。
[0008]综上所述，开发一种高灵敏度且制作成本低的温度补偿传感器是现在光纤SPR传感器的重要研究方向。
[0009]专利申请号202110245007.X的中国专利技术专利“一种光纤温度传感器及其制备方法”提出了一种单通道的光纤SPR传感器，只能对环境温度单一参数进行传感，工作效率较低，相比于双通道传感制作成本较高。
[0010]专利申请号202011452594.1的中国专利技术专利“一种双通道塑料光纤SPR传感器及其制备方法”提供了一种双面侧抛型双通道SPR传感器，专利申请号202110075616.5的中国专利技术专利“一种折射率温度同时测量的光纤传感器及制备方法”提出了一种锥形光纤双通道传感器，上述两项专利可同时检测折射率和温度，但其灵敏度与本专利相比较低。
[0011]专利CN 202110589948.5公开了一种温度补偿的测量溶液浓度啁啾光纤光栅传感器，提出了通过将宽带光源输出的宽带激光通过滤波器限定在特定波长后输入到传感单元中，当溶液浓度发生变化时，溶液折射率同时发生变化，从而导致传感单元的有效折射率改变，致使光谱波长发生漂移，同时涂覆在传感单元上的氧化石墨烯膜层会提升该传感器的传感性能，并且因为能够做到温度与溶液浓度双参数测量，但是该专利技术整体系统十分复杂，制备较难，实际应用困难，而且并未指出可实现的测量以及温补效果。
[0012]文献"Side
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Polished D
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Type Fiber SPR Sensor for RI Sensing With Temperature Compensation"提出一种基于侧边光纤的双通道表面等离子体共振(SPR)传感器，它可以同时测量折射率(RI)和温度，其对单模光纤进行侧面抛磨，并在抛磨表面镀上一层金膜和PDMS检测温度，在1.333
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1.390范围内，RI灵敏度为2260.1nm/RIU，在20
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60℃范围内，温度灵敏度为
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2.41nm/℃，其折射率和温度的灵敏度均低于本专利。
[0013]文献"Numerical Analysis of Dual
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Parameter Optical Fiber Sensor With Large Measurement Range Based on Surface Plasmon Resonance"提出了一种基于无芯光纤的双通道传感器，该传感器在无芯D形光纤的侧面涂有金属和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，用于测量液体RI的通道被银膜覆盖，用于温度传感的通道被金膜和PDMS覆盖，当液体RI在1.33～1.44和温度在0～180℃之间时，对应的最大光谱灵敏度分别为12530nm/RIU和
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3.465nm/℃。该传感器相较于本专利技术其折射率灵敏度较高，但其温度的灵敏度远低于本专利，且其制作成本较高。
[0014]文献"A Surface Plasmon Resonance Optical Fiber Sensor for Simultaneous Measurement of Relative Humidity and Temperature"探索了一种基于表面等离子体共振(SPR)的温度和相对湿度(Relative Humidity,RH)光纤传感器，该传感器通过多模光纤与无芯光纤级联的形式进行双通道传感，在抛磨后的无芯光纤表面镀金膜和PDMS膜来检测温度，其在0～50℃时，温度的灵敏度为
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2.213nm/℃，其灵敏度远低于本专利。
[0015]综上所述，温度补偿传感器是目前光纤SPR传感器的重要发展方向，相比于单通道光纤温度传感器，温度补偿光纤传感器可同时检测环境中的折射率和温度，并提高了传感器对折射率检测的精度，其集成度更本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于单模光纤的级联型SPR温度补偿传感器，该传感器由宽谱光源1，隔离器2，光纤SPR传感器3，光谱分析仪4以及计算系统5组成。光纤SPR传感器3由折射率传感区301和温度传感区302组成，其中折射率传感区301由金属膜层和增敏膜层构成，温度传感区302由金属膜层，增敏膜层以及温度敏感材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)层构成；宽谱光源1输出的光经过隔离器2在光纤SPR传感器3的金属膜附近产生SPR效应，由于两个传感区对折射率和温度的灵敏度不同，因此在光谱分析仪4得到两个相对独立的透射峰，经过计算系统5计算得到带有温度补偿的折射率，消除了温度对折射率传感区的扰动，从而提高了对折射率检测的精确度。2.根据权利要求1所述的一种基于单模光纤的级联型SPR温度补偿传感器，其特征是，所述光纤为圆形抛磨光纤或侧抛D型光纤或双边侧抛D型光纤，包层剩余厚度为0.5
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2μm。3.根据权利要求1所述的一种基于单模光纤的级联型SPR温度补偿传感器，其特征是，所用光纤的纤芯与包层相对折射率范围为0.005
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0.01，数值孔径为0.12
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0.2的单模光...
【专利技术属性】
技术研发人员：成煜，田爽，熊民，赵婉淇，苑立波，陈明，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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