[发明专利]一种监测铜离子/细菌双参量光纤传感装置及实现方法

权利要求书

1.一种监测铜离子/细菌双参量光纤传感装置，其特征在于：它包括ASE光源(1)、光纤耦合器(2)、传感单元(3)、铜离子/细菌容纳装置(4)、光电转换器(5)、信号处理模块(6)；

所述传感单元(3)包括光子晶体光纤(3-1)、玻璃插芯(3-2)、掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)、硅膜片(3-5)，其中：

光子晶体光纤(3-1)和硅膜片(3-5)内表面形成空气法珀腔，并且此空气法珀腔的腔长约为20nm，硅膜片(3-5)自身构成硅法珀腔，硅法珀腔的腔长为硅膜片(3-5)的厚度40μm；

掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)使用CVD方法制备而成，在制备过程当中选择循环通入氮气，作为保护，以免掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)与其反应，最后高压定形；

传感单元(3)中光子晶体光纤(3-1)插入玻璃插芯(3-2)中，玻璃插芯(3-2)、掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)、硅膜片(3-5)依次叠放并粘结并封装后构成传感单元(3)；

传感单元(3)中使用的材料为掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)，二氧化硅纳米管(3-4)的制备方法如下：

在二氧化硅衬底上用电子束蒸发器沉积钼层，然后将衬底放置在管式炉的中心，纯硫被放置在同一石英管中的逆风低温区，石英管首先保持在高纯度氮气的流动保护气氛中，经过氮气吹扫30分钟后，炉内温度在40分钟内从室温逐渐升高到500℃，然后在90分钟内温度从500℃升高到800℃，并保持不变，在800℃冷却10分钟后，在120分钟冷却到室温，二硫化钼层的厚度取决于预沉积的钼的厚度；

用氧化石墨烯、环氧丙烷-3、4、9、10四羧酸四钠盐或环氧丙烷-3，4，9，10四羧基二酐对二氧化硅/硅衬底进行涂覆，将三氧化钼粉末置于陶瓷容器中，预处理的二氧化硅/硅衬底正面放在容器的顶部；在三氧化钼粉末旁边放置一个单独的含硫粉末的陶瓷容器，可以将星形二硫化钼合并成一个连续的二硫化钼薄膜，其横向尺寸可达2mm再利用化学方法掺入银、金并将材料进行切割，切成宽为20nm的矩形二维材料；

按质量分数，称取6份的碲纳米线加入到含有60份无水乙醇的烧杯中，磁力搅拌1小时使得分散均匀；按质量分数，将20份体积比为1：11的正硅酸乙/无水乙醇混合溶液逐滴滴加到溶液中；滴加完毕后，遮光搅拌5小时；搅拌结束后在温度80度，压力0.3Mpa下减压蒸馏50分钟；将所得的浆料进行烘干和高温煅烧后，得到二氧化硅纳米管(3-4)材料；

部件的放置位置包括将硅膜片(3-5)和掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)按顺序叠放在高温加热台上，将外径为3mm的玻璃插芯(3-2)放置在掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)上面，将玻璃插芯(3-2)与硅膜片(3-5)和掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)的中心对齐；

传感单元(3)的具体制备过程包括部件的尺寸选择、部件的分割、部件的放置位置、部件的封装；

部件的封装包括使用粘结剂将玻璃插芯(3-2)、掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)、硅膜片(3-5)密封，之后将切割平整的光子晶体光纤(3-1)插入玻璃插芯(3-2)的合适位置，使用紫外胶进行预固定，之后再用环氧树脂进行完全的固定，静置48小时。

2.根据权利要求1所述的一种监测铜离子/细菌双参量光纤传感装置的实现方法，其特征在于：

ASE光源(1)发出光束传输至光纤耦合器(2)，光纤耦合器(2)输出光束传输至传感单元(3)，光束在传感单元(3)中进行反射和透射，当传感单元(3)放置在铜离子/细菌容纳装置(4)中时，传感单元(3)在铜离子/细菌容纳装置(4)中的掺杂银、金、二维二硫化钼材料(3-3)和二氧化硅纳米管(3-4)厚度发生变化，空气法珀腔发生变化，影响反射光的光程，进而产生光的干涉，干涉光通过光子晶体光纤(3-1)返回至光纤耦合器(2)并通过光纤耦合器(2)传输至光电转换器(5)中，光电转换器(5)产生模拟信号并传输至信号处理模块(6)中进行数据处理。