[发明专利]微流体流速传感芯片、检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种基于微结构相移布拉格光栅的微流体流速传感芯片，其特征在于，包括基于微结构布拉格光栅的流速传感单元和微流芯片(6)；其中，所述基于光热光纤微结构相移布拉格光栅的流速传感单元包括第一单模光纤(1)、光热光纤(2)和第二单模光纤(5)；光热光纤(2)的两端分别熔接第一单模光纤(1)和第二单模光纤(5)，光热光纤(2)经过载氢处理，其上利用相位掩模法制备微结构相移布拉格光栅(3)，在微结构相移布拉格光栅(3)区域中部位置侧面开有一个宽L和深H的微流槽(4)；所述微流芯片(6)中具有相互垂直的光纤通道(7)和微流体通道(8)，光纤通道(7)的高度和宽度都与第一单模光纤(1)和第二单模光纤(5)的裸纤直径相等，微流通道(8)的宽度与微流槽(4)的宽度相等，微流通道(8)的高度与微流槽(4)的深度相等；基于微结构布拉格光栅的流速传感单元插入微流芯片(6)的光纤通道(7)，微流槽(4)与微流通道(8)对准齐平后用粘胶固定。

2.根据权利要求1所述的基于微结构相移布拉格光栅的微流体流速传感芯片，其特征在于，所述微流槽(4)的宽L为30-300微米，深H为10-50微米。

3.一种含有权利要求1所述传感芯片的微流体流速检测系统，其特征在于，还包括泵浦光源(9)、探测光源(10)、光纤环形器(11)、光谱仪(12)以及波分复用器(13)；其中，所述泵浦光源(9)与波分复用器(13)的泵浦输入端口(13-1)连接；波分复用器(13)的公共端口(13-3)与第一单模光纤(1)相连，探测光源(10)与光纤环形器(11)的输入端口(11-1)连接，光纤环形器(11)的输出端口(11-3)与光谱仪(12)相连，光纤环形器(11)的反射端口(11-2)与波分复用器(13)的信号输入端口(13-2)连接。

4.一种应用权利要求3所述系统的微流体流速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、开启泵浦激光器(9)，泵浦光经由波分复用器(13)进入微流体流速传感芯片的光热光纤(2)上，光热光纤(2)吸收泵浦光发热使得微结构相移布拉格光栅(3)温度上升并最终稳定后，开启光谱仪(12)以及探测光源(10)，探测光经由光纤环形器(11)、波分复用器(13)、输入单模光纤(1)进入微结构相移布拉格光栅(3)；微结构相移布拉格光栅(3)的反射谱信号经波分复用器(13)、光纤环形器(11)传输到光谱仪(12)内；

(2)、微流传感芯片的微流通道(8)内通入待测微流体，由于微流体的流动带走微结构相移布拉格光栅(3)的微流槽(4)内的一部分热量，使得光纤微流槽(4)区域温度下降，通过热光效应及热膨胀效应引起了微结构相移布拉格光栅(3)的相移量的变化，在光谱仪(12)上表现为反射峰内分裂波长的漂移；根据光谱仪上对该分裂波长的漂移量的监测，通过下式即可得到微流体的流速大小：

υ=1B[4ΔλFBGλS(dneffdTL+neffdLdT)QΔλ-A]n]]>

式中，Δλ为微结构相移布拉格光栅(3)的分裂波长的漂移量，L为微流槽(4)的宽度，λ_S为微结构相移光栅分裂波长，n_eff为模式有效折射率，Δλ_FBG为所刻写的布拉格光栅的全谱带宽，为光纤的热光系数，为光纤的热膨胀系数，Q为光纤损失的热量，A、B和n为参数。