CN112285442A - 一种基于光纤的电场探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光纤的电场探测装置，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料，基底层的表面设有凹坑，加热部置于凹坑内，第一施力部和第二施力部置于基底层上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料部置于第一施力部和第二施力部之间，第一施力部和第二施力部固定连接在有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤和第二光纤固定在有机共轭聚合物材料部的顶部，第一光纤的端面和第二光纤的端面之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于光纤的电场探测装置。
背景技术
电场的测量不仅对导弹、航空器、火箭发射等军工意义重大，而且对城市环境污染、炼油厂、超净实验室、储油站等民用地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于光纤的电场探测装置，包括基底层、加热部、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料部、第一光纤、第二光纤，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料，基底层的表面设有凹坑，加热部置于凹坑内，第一施力部和第二施力部置于基底层上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料部置于第一施力部和第二施力部之间，第一施力部和第二施力部固定连接在有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤和第二光纤固定在有机共轭聚合物材料部的顶部，第一光纤的端面和第二光纤的端面之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。
更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，第一光纤和第二光纤的方向与第一施力部和第二施力部的连线方向平行。
更进一步地，间隙的宽度小于1微米。
更进一步地，还包括贵金属颗粒，贵金属颗粒设置在间隙内的有机共轭聚合物材料内。
更进一步地，贵金属颗粒的个数为多个。
更进一步地，贵金属颗粒的材料为金或银。
更进一步地，贵金属颗粒的直径大于30纳米、小于100纳米。
更进一步地，还包括固定层，固定层覆盖第一光纤、第二光纤、间隙。
更进一步地，固定层的材料为有机共轭聚合物材料。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于光纤的电场探测装置，包括基底层、加热部、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料部、第一光纤、第二光纤，有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料，基底层的表面设有凹坑，加热部置于凹坑内，第一施力部和第二施力部置于基底层上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料部置于第一施力部和第二施力部之间，第一施力部和第二施力部固定连接在有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤和第二光纤固定在有机共轭聚合物材料部的顶部，第一光纤的端面和第二光纤的端面之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部和第二施力部之间施加固定的压力，测量间隙的透射特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部和第二施力部之间的压力不变，重新测量间隙的透射特性。根据前后间隙透射特性的变化，确定待测电场。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了间隙内的介电环境，而且改变了间隙的宽度，从而更多地改变了间隙的透射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中，将压力作用到整个有机共轭聚合物材料部上，间隙的调节幅度大，从而实现更高灵敏度的电场探测。
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是一种基于光纤的电场探测装置的示意图。
图2是又一种基于光纤的电场探测装置的示意图。
图中：1、基底层；2、加热部；3、第一施力部；4、第二施力部；5、有机共轭聚合物材料部；6、第一光纤；7、第二光纤；8、间隙；9、贵金属颗粒。
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
本发明提供了一种基于光纤的电场探测装置，如图1所示，包括基底层1、加热部2、第一施力部3、第二施力部4、有机共轭聚合物材料部5、第一光纤6、第二光纤7。有机共轭聚合物材料部5的材料为有机共轭聚合物材料。基底层1的表面设有凹坑，加热部2置于所述凹坑内。基底层1的材料为绝热材料，用以隔绝加热部2产生的热。加热部2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。第一施力部3和第二施力部4置于基底层1上加热部2的两侧，有机共轭聚合物材料部5置于第一施力部3和第二施力部4之间，第一施力部3和第二施力部4固定连接在有机共轭聚合物材料部5的两端，用以针对有机共轭聚合物材料部5施加压力。这样一来，有机共轭聚合物材料部5覆盖加热部2，并且覆盖部分基底层1的表面。有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。第一光纤6和第二光纤7固定在有机共轭聚合物材料部5的顶部，第一光纤6和第二光纤7在同一直线上，第一光纤6的端面和第二光纤7的端面之间设有间隙8，有机共轭聚合物材料填充间隙8。间隙8的宽度小于1微米，以增强第一光纤6和第二光纤7间的耦合，并保障间隙8宽度对耦合特性的敏感性。在本发明中，间隙8内的有机共轭聚合物材料与有机共轭聚合物材料部5的材料相同。
应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部3和第二施力部4之间施加固定的压力，测量间隙8的透射特性，此时加热部2为常温；具体地，将连续谱激光耦合进入第一光纤6一端，激光传播到第一光纤6的另一端，并且耦合进入第二光纤7的一端，在第二光纤7的另一端测量透射光谱，从而确定间隙8的透射特性；然后，将本发明置于待测电场空间内，同时应用加热部2加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，保持第一施力部3和第二施力部4之间的压力不变，重新测量间隙8的透射特性。根据前后间隙8透射特性的变化，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料的微观结构充分改变。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，不仅改变了间隙8内的介电环境，而且改变了间隙8的宽度，从而更多地改变了间隙8的透射特性。因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明中，将压力作用到整个有机共轭聚合物材料部5上，间隙8的调节幅度大，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例2
在实施例1的基础上，第一光纤6和第二光纤7的方向与第一施力部3和第二施力部4的连线方向平行。这样一来，当第一施力部3和第二施力部4施加压力时，间隙8的宽度改变更多，从而更多地改变间隙8的传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例3
在实施例2的基础上，如图2所示，还包括贵金属颗粒9，贵金属颗粒9设置在间隙8内的有机共轭聚合物材料内。贵金属颗粒9的材料为金或银。在激光照射下，贵金属颗粒9产生局域表面等离激元共振。当间隙8内的有机共轭聚合物材料的分子链方向改变时，贵金属颗粒9附近的介电环境随之改变，从而改变了贵金属颗粒9的局域表面等离激元共振波长，根据该共振波长的变化确定待测电场。因为贵金属颗粒9的局域表面等离激元共振波长对其周围环境的介电环境非常敏感，所以本实施例具有电场探测灵敏度高的优点。贵金属颗粒9的直径大于30纳米、小于100纳米，以便于表面等离激元共振波长在可见光波段，便于探测器探测。贵金属颗粒9的个数为多个。这样一来，当间隙8的宽度变化时，贵金属颗粒9间的距离随之变化，从而改变了贵金属颗粒9的局域表面等离激元共振波长，根据该共振波长的变化确定待测电场。因为贵金属颗粒9的局域表面等离激元共振波长还严重地依赖于相邻贵金属颗粒9之间的距离，所以设置多个贵金属颗粒9有助于更进一步地提高电场探测的灵敏度。
实施例4
在实施例3的基础上，还包括固定层，固定层覆盖第一光纤6、第二光纤7、间隙8。固定层的材料为有机共轭聚合物材料。这样一来，一方面，固定层将第一光纤6、第二光纤7更好地固定在有机共轭聚合物材料部5上，在第一施力部3和第二施力部4的作用下，间隙8的宽度变化更多；另一方面，固定层还包覆了间隙8，从而将间隙8内的电场更好地局限在间隙8周围，当间隙8的宽度变化时，间隙8的透射系数变化更多。这两方面的效果均有利于更多地改变间隙8的透射特性，从而提高电场探测的灵敏度。另外，间隙8内的电场被有机共轭聚合物材料包覆和聚集，外部环境对间隙8透射特性的影响小，从而提高了电场探测的准确度。
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 (10)
1.一种基于光纤的电场探测装置，其特征在于，包括基底层、加热部、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料部、第一光纤、第二光纤，所述有机共轭聚合物材料部的材料为有机共轭聚合物材料，所述基底层的表面设有凹坑，所述加热部置于所述凹坑内，所述第一施力部和所述第二施力部置于所述基底层上所述加热部的两侧，所述有机共轭聚合物材料部置于所述第一施力部和所述第二施力部之间，所述第一施力部和所述第二施力部固定连接在所述有机共轭聚合物材料部的两端，所述第一光纤和所述第二光纤固定在所述有机共轭聚合物材料部的顶部，所述第一光纤的端面和所述第二光纤的端面之间设有间隙，所述有机共轭聚合物材料填充所述间隙。
2.如权利要求1所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述第一光纤和所述第二光纤的方向与所述第一施力部和所述第二施力部的连线方向平行。
4.如权利要求3所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述间隙的宽度小于1微米。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：还包括贵金属颗粒，所述贵金属颗粒设置在所述间隙内的所述有机共轭聚合物材料内。
6.如权利要求5所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的个数为多个。
7.如权利要求6所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的材料为金或银。
8.如权利要求7所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属颗粒的直径大于30纳米、小于100纳米。
9.如权利要求8所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：还包括固定层，所述固定层覆盖所述第一光纤、所述第二光纤、所述间隙。
10.如权利要求1-9任一项所述的基于光纤的电场探测装置，其特征在于：所述固定层的材料为所述有机共轭聚合物材料。
Priority Applications (1)
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| CN202011305862.7A CN112285442A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种基于光纤的电场探测装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202011305862.7A Withdrawn CN112285442A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种基于光纤的电场探测装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113720505A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-30 | 云南师范大学 | 一种基于弹光效应的压力探测装置 |
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2020
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Cited By (2)
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| CN113720505B (zh) * | 2021-09-01 | 2023-09-19 | 云南师范大学 | 一种基于弹光效应的压力探测装置 |
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