【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳光纤传感器领域，具体地说，是基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置和制备方法。
技术介绍
1、随着互联网、物联网、人工智能技术的发展，社会对高性能传感器的需求日益提升。光纤传感器作为一种20世纪70年代末兴起的一项全新技术，以其优越的性能备受青睐，与传统的机械或电子传感器不同，光纤具有体积小，重量轻，抗电磁干扰，电气安全等多项优点，在传感系统的设计制造中占据优势。而微纳光纤——一种直径在亚波长尺度的新型光纤，不仅继承了传统光纤的以上优势，而且还具备新的独特优势——小尺寸和强光场约束能力，使得信号光在光纤内部不再以全内反射的形式传输，部分光以倏逝场的形式在光纤外部传输，当物质进入倏逝场的范围，会对倏逝场产生扰动，带来散射、色散、吸收等一系列变化，通过探测输出光谱的相位、强度等变化，就可以感知扰动的来源，实现对环境介质的传感。因此微纳光纤在传感方面具有独特的优势。
2、超灵敏微力传感器对研究光与物质的相互作用，探索生命科学关键问题，研制新型微纳器件具有重要意义。目前普遍使用的超灵敏微弱力传感装置，例如原子力显微镜、光镊、磁镊等，需要依托昂贵的仪器、复杂的加工方法和精密的测试系统，同时传感器与被测系统在空间尺度上的失配和繁琐的测试方法也限制了超灵敏微弱力传感器的发展和应用。因此，基于新材料、新原理构建结构简单、灵敏度高、检测范围宽的超灵敏微弱力传感器是科学研究和发展的迫切需求。
3、微纳光纤在力学和光学方面的特性使其在微弱力传感方面具有巨大潜力，然而目前大多数基于微纳光纤的力学传感器都是把微纳
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供基于微纳光纤微弱力传感的质量测量装置的制备方法，它是基于微纳光纤的新型光纤传感器，也是一种新型的微天平。
2、本专利技术的技术方案是：
3、本专利技术公开了一种基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，包括低折射率衬底、在低折射率衬底上布置的微纳光纤，微纳光纤位于超出低折射率衬底的部分的一侧为u形微纳光纤悬臂梁、微纳光纤的另一侧位于低折射率衬底上的部分为两个端头分别通过两端的标准光纤连接光源和探测器，u形微纳光纤悬臂梁顶端放置有单晶金片，单晶金片上放置不同质量的颗粒进行质量测量，标准光纤与微纳光纤为一体。
4、作为进一步地改进，本专利技术所述的微纳光纤的u形微纳光纤悬臂梁位于微纳光纤的中部。
5、作为进一步地改进，本专利技术所述的单晶金片粘附于u形微纳光纤悬臂梁的顶端。
6、作为进一步地改进，本专利技术所述的微纳光纤的u形微纳光纤悬臂梁暴露在空气中，微纳光纤位于低折射率衬底上的其余部分由聚合物pdms固定密封在低折射率衬底上。
7、作为进一步地改进，本专利技术所述的单晶金片平滑平整，通过范德华力而稳定地粘附在微纳光纤的u形微纳光纤悬臂梁上。
8、作为进一步地改进，本专利技术所述的微纳光纤是通过标准光纤拉制而成。
9、本专利技术还公开了基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置的制备方法，将微纳光纤放置在低折射率衬底上，通过微纳操作构造在低折射率衬底边缘悬空的u形微纳光纤悬臂梁，调整好u形结构的长度、宽度参数后，在低折射率衬底上浇注一层未固化的聚合物pdms，使微纳光纤被包埋在聚合物pdms内部，之后对聚合物pdms加热固化，使微纳光纤结构固定在低折射率衬底上，最后通过微纳操作在u形悬臂梁顶端中心放置单晶金片，形成微纳光纤微弱力传感器。
10、本专利技术的微纳光纤微弱力传感器对垂直方向施加的微弱力响应灵敏，在传感器的单晶金片上放置待测微颗粒，可以测出待测物质的重力大小，从而得到待测物质的质量。
11、本专利技术公开了基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置和方法。包括在低折射率mgf2衬底上布置双锥微纳光纤，构造u形微纳光纤悬臂梁结构，在u形微纳光纤悬臂梁顶端放置一块单晶金片，形成微天平，在悬臂梁顶端金片上放置不同质量的微颗粒进行质量测量，金片位于微纳光纤悬臂梁的顶端中部，微纳光纤的两端通过标准光纤分别连接光源和探测器；微纳光纤悬臂梁受到外界压力时，光纤发生弯曲形变，输出光强减小，通过建立光强与压力之间的一一对应关系实现力传感，从而实现质量测量。本专利技术具有制备简易、灵敏度高的特点，并且质量检测精度、范围均可调。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
13、（1）该微纳光纤微弱力传感器的输出光强变化量大小与所受的垂直方向力大小有关，两者在一定范围内成线性关系，通过测量输出光强相对变化量可以得到垂直力的大小。因此用该传感器可以测量待测微颗粒重力，实现微天平质量测量的作用。
14、（2）该微纳光纤微弱力传感器的灵敏度和工作范围主要受到微纳光纤直径、u形悬臂梁的尺寸影响，通过调节微纳光纤直径、悬臂梁尺寸可以方便地对传感器的灵敏度、工作范围等传感性能进行调整，能够满足较大范围内的力测量。
15、（3）该传感器基于微纳光纤悬臂梁结构，集力学感知和光学信号于一体，受到外力作用的同时通过内部传导的光信号实现力学自检测，不需要额外构建复杂的光信号探测装置，系统精简，结构紧凑。
16、（4）该微纳光纤微弱力传感器制备工艺简单，成本低廉。
17、（5）该微纳光纤微弱力传感器灵敏度高，测量精度很高。
18、（6）该基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，测量和校准是基于光强调制，检测系统结构简单，易于操作。
19、（7）由于本专利技术传感器由光驱动，不会受到电磁干扰，不会产生漏电、短路等安全隐患，安全性较高。
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1.基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，包括低折射率衬底、在低折射率衬底上布置的微纳光纤，所述的微纳光纤位于超出低折射率衬底的部分的一侧为U形微纳光纤悬臂梁、所述的微纳光纤的另一侧位于低折射率衬底上的部分为两个端头分别通过两端的标准光纤连接光源和探测器，所述的U形微纳光纤悬臂梁顶端放置有单晶金片，所述的单晶金片上放置不同质量的颗粒进行质量测量，所述的标准光纤与微纳光纤为一体。
2.根据权利要求1所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的微纳光纤的U形微纳光纤悬臂梁位于微纳光纤的中部。
3.根据权利要求1所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的单晶金片粘附于U形微纳光纤悬臂梁的顶端。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的微纳光纤的U形微纳光纤悬臂梁暴露在空气中，微纳光纤位于低折射率衬底上的其余部分由聚合物PDMS固定密封在低折射率衬底上。
5.根据权利要求4所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的
6.根据权利要求4所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的微纳光纤是通过标准光纤拉制而成。
7.基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置的制备方法，其特征在于，将微纳光纤放置在低折射率衬底上，通过微纳操作构造在低折射率衬底边缘悬空的U形微纳光纤悬臂梁，调整好U形结构的长度、宽度参数后，在低折射率衬底上浇注一层未固化的聚合物PDMS，使微纳光纤被包埋在聚合物PDMS内部，之后对聚合物PDMS加热固化，使微纳光纤结构固定在低折射率衬底上，最后通过微纳操作在U形悬臂梁顶端中心放置单晶金片，形成微纳光纤微弱力传感器。
...【技术特征摘要】
1.基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，包括低折射率衬底、在低折射率衬底上布置的微纳光纤，所述的微纳光纤位于超出低折射率衬底的部分的一侧为u形微纳光纤悬臂梁、所述的微纳光纤的另一侧位于低折射率衬底上的部分为两个端头分别通过两端的标准光纤连接光源和探测器，所述的u形微纳光纤悬臂梁顶端放置有单晶金片，所述的单晶金片上放置不同质量的颗粒进行质量测量，所述的标准光纤与微纳光纤为一体。
2.根据权利要求1所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的微纳光纤的u形微纳光纤悬臂梁位于微纳光纤的中部。
3.根据权利要求1所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的单晶金片粘附于u形微纳光纤悬臂梁的顶端。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于微纳光纤微弱力传感器的质量测量装置，其特征在于，所述的微纳光纤的u形微纳光纤悬臂梁暴露在空气...
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