CN107525605A - 一种基于表面等离子体共振的温度传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于表面等离子体共振的温度传感器及其制备方法，温度传感器包括：光源发射器、传感装置及光谱仪，光源发射器的输出端与传感装置的输入端相连，传感装置的输出端与光谱仪的输入端相连，传感装置包括侧面抛磨单模光纤、金膜及温敏薄膜，金膜沉积在侧面抛磨单模光纤的抛磨面上，温敏薄膜固化在金膜上，通过将温敏薄膜固化在金膜上，因温敏薄膜是固态的，不像液体材料一样具有流动性，减少了现有技术中的液体封装的工序，简化了制备工艺，且因温敏薄膜是固态的，热膨胀效应不明显，提高了器件结构的稳定性，不再限制其在生化等领域的应用。

Description

一种基于表面等离子体共振的温度传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种基于表面等离子体共振的温度传感器及其制备方法。
背景技术
现有的基于表面等离子体子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)的温度传感器，需将液体材料管式封装到温度传感器的表面，通过液体材料的热光效应来检测环境温度，但由于液体材料具有流动性，因此封装难度大，导致制备工艺复杂，而且因其热膨胀效应明显、结构不稳定，当温度过高时容易发生爆炸，限制了其在生化等领域的应用。
因此，现有的基于SPR的温度传感器存在着由于液体材料具有流动性，因此封装难度大，导致制备工艺复杂，且因其热膨胀效应明显、结构不稳定，当温度过高时容易发生爆炸，限制了其在生化等领域的应用的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于表面等离子体共振的温度传感器，旨在解决现有的基于SPR的温度传感器存在着由于液体材料具有流动性，因此封装难度大，导致制备工艺复杂，且因其热膨胀效应明显、结构不稳定，当温度过高时容易发生爆炸，限制了其在生化等领域的应用的技术问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于表面等离子体共振的温度传感器，所述温度传感器包括：光源发射器、传感装置及光谱仪；
所述光源发射器的输出端与所述传感装置的输入端相连，所述传感装置的输出端与所述光谱仪的输入端相连；
所述传感装置包括侧面抛磨单模光纤、金膜及温敏薄膜；
所述金膜沉积在所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面上，所述温敏薄膜固化在所述金膜上。
进一步的，所述温敏薄膜的材料为紫外化固胶。
进一步的，所述紫外化固胶的折射率为1.36。
进一步的，所述金膜的厚度为45nm-60nm。
进一步的，所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面距离所述侧面抛磨单模光纤的纤芯的上表面2μm-3μm。
为实现上述目的，本发明第二方面提供一种基于表面等离子体共振的温度传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如本发明第一方面所述的温度传感器，所述方法包括：
在光源发射器向单模光纤发射光源得到传输光谱，光谱仪对所述传输光谱进行实时监测的条件下，使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤；
在所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面上均匀沉积金膜；
将紫外固化胶均匀涂抹到所述金膜上，并使用紫外灯进行固化。
进一步的，所述使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤，包括：
使用2000目砂纸对所述单模光纤的上表面进行粗磨处理；
使用5000目砂纸对粗磨处理后的上表面进行细磨处理；
使用12000目砂纸对细磨处理后的上表面进行精抛处理，得到所述抛磨面。
进一步的，所述粗磨处理后的上表面距离所述单模光纤的下表面73μm，所述细磨处理后的上表面距离所述单模光纤的下表面70μm。
本发明提出的一种基于表面等离子体共振的温度传感器，该温度传感器包括：光源发射器、传感装置及光谱仪，光源发射器的输出端与传感装置的输入端相连，传感装置的输出端与光谱仪的输入端相连，传感装置包括侧面抛磨单模光纤、金膜及温敏薄膜，金膜沉积在侧面抛磨单模光纤的抛磨面上，温敏薄膜固化在金膜上。与现有技术相比，通过将温敏薄膜固化在金膜上，因温敏薄膜是固态的，不像液体材料一样具有流动性，减少了液体封装的工序，简化了制备工艺，且因温敏薄膜是固态的，热膨胀效应不明显，提高了器件结构的稳定性，不再限制其在生化等领域的应用。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的结构示意图；
图2是本发明第一实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的细化结构示意图；
图3是本发明第二实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
为了更好的理解本发明，请参阅图1所示的第一实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的结构示意图，及图2所示的第一实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的细化结构示意图，所述温度传感器包括：光源发射器10、传感装置20及光谱仪30；
所述光源发射器10的输出端与所述传感装置20的输入端相连，所述传感装置20的输出端与所述光谱仪30的输入端相连；
所述传感装置20包括侧面抛磨单模光纤201、金膜202及温敏薄膜203；
所述金膜202沉积在所述侧面抛磨单模光纤201的抛磨面上，所述温敏薄膜203固化在所述金膜202上。
在本发明实施例中，侧面抛磨单模光纤201由纤芯204及包层205组成。
进一步的，所述温敏薄膜203的材料为紫外化固胶。
进一步的，所述紫外化固胶的折射率为1.36。
在本发明实施例中，以普通单模光纤为基底的基于表面等离子体共振的温度传感器，其对折射率的响应并非是线性的，其对折射率的响应是呈指数变化的，灵敏度随着外界折射率的增高而增高，但是外界的折射率越高，损耗峰也会变得越来越宽，也就是说品质因子降低，之所以选择折射率为1.36的紫外固化胶，是因为其固化后的折射率为1.39左右，在此折射率范围内，不仅可以保证温度传感器的一个高灵敏度特性，而且还有一个较高的品质因子。
进一步的，所述金膜202的厚度为45nm-60nm。
在本发明实施例中，当金膜202的厚度低于45nm时，温度传感器的稳定性差，品质因子低，当金膜202的厚度高于60nm时，光波能量到达金属上表面的能量较低，同样会影响温度传感器对外界折射率的探测。
进一步的，所述侧面抛磨单模光纤201的抛磨面距离所述侧面抛磨单模光纤201的纤芯的上表面2μm-3μm。
在本发明实施例中，在400nm--1550nm这个波段，单模光纤纤芯的光能量的穿透深度为2μm-3μm，为保证光能量到达金表面而又不影响光能量在纤芯内的传输，必须保证侧面抛磨单模光纤201的纤芯的上表面为2μm-3μm。
在本发明实施例中，提供了一种基于表面等离子体共振的温度传感器，该温度传感器包括：光源发射器10、传感装置20及光谱仪30，光源发射器10的输出端与传感装置20的输入端相连，传感装置20的输出端与光谱仪30的输入端相连，传感装置20包括侧面抛磨单模光纤201、金膜202及温敏薄膜203，金膜202沉积在侧面抛磨单模光纤201的抛磨面上，温敏薄膜203固化在金膜202上。与现有技术相比，通过将温敏薄膜203固化在金膜202上，因温敏薄膜203是固态的，不像液体材料一样具有流动性，减少了现有技术中的液体封装的工序，简化了制备工艺，且因温敏薄膜203是固态的，热膨胀效应不明显，提高了器件结构的稳定性，不再限制其在生化等领域的应用。
请参阅图3，图3为本发明第二实施例提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器的制备方法的流程示意图，包括：
步骤301、在光源发射器向单模光纤发射光源得到传输光谱，光谱仪对所述传输光谱进行实时监测的条件下，使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤201；
在本发明实施例中，将单模光纤固定在抛磨机的夹具上，单模光纤的两端分别与光源发射器10及光谱仪30相连接，在光源发射器向单模光纤发射光源得到传输光谱，光谱仪对传输光谱进行实时监测的条件下，使用2000目砂纸对单模光纤的上表面进行粗磨处理，使得粗磨处理后的上表面距离单模光纤的下表面73μm，然后使用5000目砂纸对粗磨处理后的上表面进行细磨处理，使得细磨处理后的上表面距离单模光纤的下表面70μm，在使用12000目砂纸对细磨处理后的上表面进行精抛处理，得到抛磨面，通过上述方式可以减少光纤抛磨面的表面裂痕，增加其平滑度。
需要注意的是，在侧面抛磨过程中，采用宽带光源及光谱仪对光纤的传输光谱进行实时监测，采用电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)成像系统监测单模光纤每一次抛磨处理后的上表面距离单模光纤的下表面的距离，从而可以精确控制抛磨长度深度。
步骤302、在所述侧面抛磨单模光纤201的抛磨面上均匀沉积金膜202；
在本发明实施例中，在侧面抛磨单模光纤201的抛磨面上均匀沉积金膜202之后，记录此时的传输光谱为参考光谱。
步骤303、将紫外固化胶均匀涂抹到所述金膜202上，并使用紫外灯进行固化。
在本发明实施例中，将紫外固化胶均匀涂抹到金膜202上，并使用紫外灯进行固化之后，通过光谱仪记录当前的传输光谱，并与参考光谱做比较，从而可以确定温度的变化。
在本发明实施例中，在光源发射器向单模光纤发射光源得到传输光谱，光谱仪对传输光谱进行实时监测的条件下，使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤201，在侧面抛磨单模光纤201的抛磨面上均匀沉积金膜202，将紫外固化胶均匀涂抹到金膜202上，并使用紫外灯进行固化，与现有技术相比，通过将温敏薄膜203固化在金膜202上，因温敏薄膜203是固态的，不像液体材料一样具有流动性，减少了现有技术中的液体封装的工序，简化了制备工艺，且因温敏薄膜203是固态的，热膨胀效应不明显，提高了器件结构的稳定性，不再限制其在生化等领域的应用。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种基于表面等离子体共振的温度传感器及其制备方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于表面等离子体共振的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括：光源发射器、传感装置及光谱仪；
所述光源发射器的输出端与所述传感装置的输入端相连，所述传感装置的输出端与所述光谱仪的输入端相连；
所述传感装置包括侧面抛磨单模光纤、金膜及温敏薄膜；
所述金膜沉积在所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面上，所述温敏薄膜固化在所述金膜上。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述温敏薄膜的材料为紫外化固胶。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述紫外化固胶的折射率为1.36。
4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述金膜的厚度为45nm-60nm。
5.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面距离所述侧面抛磨单模光纤的纤芯的上表面2μm-3μm。
6.一种基于表面等离子体共振的温度传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1至5任意一项所述的温度传感器，所述方法包括：
在光源发射器向单模光纤发射光源得到传输光谱，光谱仪对所述传输光谱进行实时监测的条件下，使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤；
在所述侧面抛磨单模光纤的抛磨面上均匀沉积金膜；
将紫外固化胶均匀涂抹到所述金膜上，并使用紫外灯进行固化。
7.根据权利要求6所述的温度传感器，其特征在于，所述使用侧面抛磨方式，对单模光纤进行抛磨处理，得到侧面抛磨单模光纤，包括：
使用2000目砂纸对所述单模光纤的上表面进行粗磨处理；
使用5000目砂纸对粗磨处理后的上表面进行细磨处理；
使用12000目砂纸对细磨处理后的上表面进行精抛处理，得到所述抛磨面。
8.根据权利要求7所述的温度传感器，其特征在于，所述粗磨处理后的上表面距离所述单模光纤的下表面73μm，所述细磨处理后的上表面距离所述单模光纤的下表面70μm。
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