[发明专利]一种由液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器

说明书

本发明公开了一种由液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器，阶跃折射率多模塑料包层光纤中部间隔10mm的两侧分别剥除10mm长度的包层形成裸露纤芯，其中一侧的裸露纤芯上溅射有厚度为40nm的环形金膜，该环形金膜外侧包覆有塑料管，塑料管与环形金膜之间的空腔填充液晶分子层后进行密封处理形成传感通道I，另一侧的裸露纤芯上依次溅射有厚度为60nm的环形银膜和厚度为22nm的环形氧化铟锡薄膜形成传感通道II。本发明制作简便，同时结合了液晶分子的温度特性，使其具有很高的温度响应灵敏度，并且能实现在不同温度范围的变灵敏度响应。

技术领域

本发明属于光纤表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）传感器的设计和制造技术领域，具体涉及一种由液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器。

背景技术

传统的测温器件有热敏电阻与热电偶。热敏电阻测量精度虽然很高，但是由于其输出信号与温度之间具有非线性关系，从而不利于建立很好的响应关系；而热电偶与热敏电阻相比，具有相反的特点：测量精度较低，信号与温度线性相关。另外应用较多的芯片集成电路测温装置，其比热敏电阻更为精确，信号和温度也有高度线性相关性，却具有自加热效应和慢响应速率慢的缺陷。液晶随温度相变的物理特性决定了其可以成为一种优秀的测温材料。目前已知的基于波长调制的液晶测温系统，例如基于法布里珀罗腔（F-P）和光子晶体光纤设计的温度传感系统，具有极高的灵敏度。但是F-P腔测温系统需要复杂的响应电路支持，对于光子晶体光纤测温系统，将液晶填充到光子晶体光纤内也是极其困难的。因此，需要设计一种新型的温度传感系统，让其具有灵敏度高，信号响应曲线具有高度线性相关性，制作方法简便等特点。

发明内容

为达到设计目的，本发明将光纤SPR传感技术与液晶的材料特性相结合，设计了一种新型液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器，并验证了其传感特性。该传感器的探针结构的基底采用的是阶跃折射率多模塑料包层光纤，传感通道I在光纤裸露纤芯外侧溅射一层纳米金膜并将其用液晶包覆，传感通道II在光纤裸露纤芯外侧溅射银和氧化铟锡的双层膜结构。相比于F-P腔和光子晶体光纤的测温系统的复杂性，光纤SPR测温系统的探针部分制作简便，同时结合了液晶分子的温度特性，使其具有很高的温度响应灵敏度，并且能实现在不同温度范围的变灵敏度响应。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案，一种由液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器，其特征在于：长度为60mm、纤芯直径为400μm的阶跃折射率多模塑料包层光纤中部间隔10mm的两侧分别剥除10mm长度的包层形成裸露纤芯，其中一侧的裸露纤芯上溅射有厚度为40nm的环形金膜，该环形金膜外侧包覆有塑料管，塑料管与环形金膜之间的空腔填充液晶分子层后进行密封处理形成传感通道I，另一侧的裸露纤芯上依次溅射有厚度为60nm的环形银膜和厚度为22nm的环形氧化铟锡薄膜形成传感通道II。

优选的，所述阶跃折射率多模塑料包层光纤的两端分别剥除7mm长度的包层形成裸露纤芯，该裸露纤芯端面通过光纤研磨机研磨平滑。

优选的，所述液晶分子层的材质为向列热致液晶4-氰基-4'戊基联苯。

本发明所述的由液晶填充的双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器的制作方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将一段长度为60mm、纤芯直径为400μm的阶跃折射率多模塑料包层光纤的两端分别剥除7mm长度的包层形成裸露纤芯，并通过光纤研磨机将裸露纤芯的端面研磨平滑；

步骤S2：在阶跃折射率多模塑料包层光纤的中部间隔10mm的两侧分别剥除10mm长度的包层形成裸露纤芯，并对光纤进行超声波清洁处理以清除光纤两端的研磨碎屑及保证裸露纤芯部分的洁净度；