CN110044463B - 一种基于光纤传感的传感结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤传感的传感结构，包括波导衬底，所述波导衬底的上表面设置有多个倾斜的纳米金属棒，该基于光纤传感的传感结构，通过多个倾斜的纳米金属棒阵列能够耦合部分入射光波，当有外界的压力作用于纳米金属棒的时候，就会使得纳米金属棒的倾斜角度发生变化，从而使得耦合部分光发生变化，进而导致出射光发生变化，通过检测出射光的不同，就可以实现传感器的功能，该基于光纤传感的传感结构，结构简单，稳定性高，不容易受到外界因素的干扰，能够用于产生力的信号的检测，充分利用光波检测的灵敏性高的特点。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于光纤传感的传感结构。
背景技术
传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
光纤传感技术集“传”与“感”为一体，近年来成为研究的热点，其中光纤声传感器与传统电容类传感器相比，具有结构简单小巧、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、功耗低等诸多优点，在易燃易爆、强电磁干扰、强腐蚀等高危环境中应用前景广泛，目前已被应用于水听器、局部气体监测、材料特性分析、结构无损探测、变压器局部放电检测等工业国防领域。
目前光纤声传感技术主要有以下几类：第一类是本征型干涉式光纤声传感技术，例如全光纤迈克尔逊干涉技术与马赫泽德干涉技术，但干涉臂尺度较大，极易受到外界环境变化(温度、振动等)的影响，造成干涉光相位信号的波动，信噪比降低；第二类是强度式光纤声传感技术，采用一对发射光纤和接收光纤传输光信号，声敏薄膜作为反射面直接对光强进行调制，该方案相较干涉结构受环境的影响略小，但强度调制法信噪比不高，结构也相对复杂；第三类为非本征型法布里珀罗干涉技术，利用声波对法布里珀罗腔腔长的调制，对光信号相位进行调制，具有结构简单小巧、频率响应范围大等优点，但解调时需要将光源输出波长至正交工作点处，而正交工作点位置易受环境影响，影响测量稳定性，且制作时无法精确控制正交工作点位置，难以实现多点测量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于光纤传感的传感结构，包括波导衬底，所述波导衬底的上表面设置有多个倾斜的纳米金属棒。
所述波导衬底为长方体。
所述纳米金属棒是由银制成。
所述波导衬底为光纤。
所述纳米金属棒的倾斜方向与波导衬底内的光传播方向平行。
所述纳米金属棒的倾斜方向与波导衬底内的光传播方向垂直。
所述纳米金属棒的直径为100nm～300nm。
所述纳米金属棒的高度为0.5μm～3.5μm。
所述波导衬底的厚度为5μm～12μm。
所述纳米金属棒的排列周期为300nm～500nm。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于光纤传感的传感结构，通过多个倾斜的纳米金属棒阵列能够耦合部分入射光波，当有外界的压力作用于纳米金属棒的时候，就会使得纳米金属棒的倾斜角度发生变化，从而使得耦合部分光发生变化，进而导致出射光发生变化，通过检测出射光的不同，就可以实现传感器的功能，该基于光纤传感的传感结构，结构简单，稳定性高，不容易受到外界因素的干扰，能够用于产生力的信号的检测，充分利用光波检测的灵敏性高的特点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是基于光纤传感的传感结构示意图一。
图2是基于光纤传感的传感结构俯视图一。
图3是基于光纤传感的传感结构示意图二。
图4是基于光纤传感的传感结构俯视图二。
图5是纳米金属棒倾斜角度为40°时的电场分布图。
图6是纳米金属棒倾斜角度为60°时的电场分布图。
图中：1、波导衬底；2、纳米金属棒。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种如图1、图2所示的基于光纤传感的传感结构，包括波导衬底1，所述波导衬底1的上表面设置有多个倾斜的纳米金属棒2，波导衬底1可以传播用于检测的入射光，入射光在波导衬底1传播的时候，在纳米金属棒2的作用下，能够有部分光发生耦合，当有外界的压力作用于纳米金属棒2的时候，就会使得纳米金属棒2的倾斜角度发生变化，从而使得耦合部分光发生变化，进而导致出射光发生变化，通过检测出射光的不同，就可以实现传感器的功能。
进一步的，所述波导衬底1为长方体，或者，至少波导衬底1的上表面为水平面，其他部分的形状为半圆柱形也可以，这样纳米金属棒2设置于上表面就可以处于同一个水平面，容易检测到入射光的耦合变化。波导衬底1可以为光纤。
进一步的，所述纳米金属棒2是由银制成，纳米金属棒2的直径为100nm～300nm，优先的可以选择100nm、200nm、300nm等；纳米金属棒2的高度为0.5μm～3.5μm，优先的可以选择0.5μm、1μm、1.5μm、2.5μm、3.5μm等。
进一步的，所述纳米金属棒2的倾斜方向与波导衬底1内的光传播方向平行，如图1、图2所示。
进一步的，所述纳米金属棒2的倾斜方向与波导衬底1内的光传播方向垂直，如图3、图4所示。
进一步的，所述波导衬底1的厚度为5μm～12μm，优先的可以选择6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。
进一步的，所述纳米金属棒2的的排列周期为300nm～500nm，优先的可以选择350nm、400nm、450nm等任一距离。
进一步的，纳米金属棒2的倾斜角度可以设定为40°、45°、60°、75°等任一角度。
实施例2
本实施例应用如图1～图4所示的基于光纤传感的传感结构，进行声波检测，纳米金属棒2的倾斜角度设定为40°，纳米金属棒2的排列周期为400nm，纳米金属棒2的高度为2.5μm，纳米金属棒2的直径为200nm，波导衬底1的厚度为8μm；波导衬底1内传播入射光，入射光的在真空中为633nm时，入射光在波导衬底1内传播的时候，在纳米金属棒2的作用下，能够有部分光发生耦合，图5所示，为此时的电磁分布示意图；当有外界的声波作用于纳米金属棒2的时候，就会使得纳米金属棒2的倾斜角度发生变化，从而使得耦合部分光发生变化，进而导致出射光发生变化，通过检测出射光的不同，就可以实现传感器的功能。
实施例3
本实施例应用如图1～图4所示的基于光纤传感的传感结构，进行声波检测，纳米金属棒2的倾斜角度设定为60°，纳米金属棒2的排列周期为400nm，纳米金属棒2的高度为2.5μm，纳米金属棒2的直径为200nm，波导衬底1的厚度为8μm；波导衬底1内传播入射光，入射光的在真空中为633nm时，入射光在波导衬底1内传播的时候，在纳米金属棒2的作用下，能够有部分光发生耦合，图6所示，为此时的电磁分布示意图，当有外界的声波作用于纳米金属棒2的时候，就会使得纳米金属棒2的倾斜角度发生变化，从而使得耦合部分光发生变化，进而导致出射光发生变化，通过检测出射光的不同，就可以实现传感器的功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于光纤传感的传感结构，包括波导衬底(1)，其特征在于：所述波导衬底(1)的上表面设置有多个倾斜的纳米金属棒(2)；
所述波导衬底(1)可以传播用于检测的入射光；
所述纳米金属棒(2)的倾斜方向与所述波导衬底(1)传播的所述入射光的方向平行或垂直；所述纳米金属棒(2)的排列周期为300nm～500nm；
所述纳米金属棒(2)用于与所述入射光发生耦合；所述纳米金属棒(2)倾斜角度不同时，所述纳米金属棒(2)与所述入射光发生耦合后的光不同。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的传感结构，其特征在于：所述波导衬底(1)为长方体。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的传感结构，其特征在于：所述纳米金属棒(2)是由银制成。
4.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的传感结构，其特征在于：所述纳米金属棒(2)的直径为100nm～300nm。
5.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的传感结构，其特征在于：所述纳米金属棒(2)的高度为0.5μm～3.5μm。
6.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的传感结构，其特征在于：所述波导衬底(1)的厚度为5μm～12μm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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