CN112526235A - 一种耦合型高灵敏电场传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耦合型高灵敏电场传感器，包括：基底层、加热层、贵金属薄膜层、有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部、第一光纤、第二光纤，加热层置于基底层上，贵金属薄膜层置于加热层上，有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部置于贵金属薄膜层上，第一施力部和第二施力部分别固定连接有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤的一端和第二光纤的一端置于有机共轭聚合物材料部内。本发明能够实现更高灵敏度的电场探测。

Description

一种耦合型高灵敏电场传感器
技术领域
本发明涉及电场传感领域，具体涉及一种耦合型高灵敏电场传感器。
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，本发明提供了一种耦合型高灵敏电场传感器，包括：基底层、加热层、贵金属薄膜层、有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部、第一光纤、第二光纤，加热层置于基底层上，贵金属薄膜层置于加热层上，有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部置于贵金属薄膜层上，第一施力部和第二施力部分别固定连接有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤的一端和第二光纤的一端置于有机共轭聚合物材料部内。
更进一步地，有机共轭聚合物材料部的材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，还包括隔离部，隔离部置于有机共轭聚合物材料部内第一光纤和第二光纤之间。
更进一步地，隔离部的材料为金或银。
更进一步地，隔离部置于有机共轭聚合物材料部的上部。
更进一步地，第一光纤和第二光纤与贵金属薄膜层的距离小于200纳米。
更进一步地，第一光纤和第二光纤的方向为贵金属薄膜层的法线方向。
更进一步地，第一施力部和第二施力部为绝缘材料。
更进一步地，绝缘材料为二氧化硅或玻璃。
更进一步地，贵金属薄膜层的材料为金或银。
本发明的有益效果：本发明提供了一种耦合型高灵敏电场传感器，包括：基底层、加热层、贵金属薄膜层、有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部、第一光纤、第二光纤，加热层置于基底层上，贵金属薄膜层置于加热层上，有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部置于贵金属薄膜层上，第一施力部和第二施力部分别固定连接有机共轭聚合物材料部的两端，第一光纤的一端和第二光纤的一端置于有机共轭聚合物材料部内。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，外部激光耦合进入第一光纤，通过外部光电探测装置探测从第二光纤出射的激光，确定第一光纤和第二光纤之间的耦合特性，此时加热层为常温；然后，将本发明置于待测电场的空间内，同时应用加热层加热贵金属薄膜层和有机共轭聚合物材料部，加热持续一段时间后，冷却贵金属薄膜层和有机共轭聚合物材料部，保持第一施力部和第二施力部之间的压力不变，重新测量第一光纤和第二光纤之间的耦合特性，根据前后耦合特性的变化，确定待测静电场。在此过程中，待测静电场改变了有机共轭聚合物材料部分子链的方向，不仅改变了第一光纤和第二光纤之间的介电环境，而且通过第一施力部和第二施力部改变了第一光纤和第二光纤之间的距离。因此，能够更多地改变第一光纤和第二光纤之间的耦合特性，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是一种耦合型高灵敏电场传感器的示意图。
图2是又一种耦合型高灵敏电场传感器的示意图。
图3是再一种耦合型高灵敏电场传感器的示意图。
图中：1、基底层；2、加热层；3、贵金属薄膜层；4、有机共轭聚合物材料部；5、第一施力部；6、第二施力部；7、第一光纤；8、第二光纤；9、隔离部。
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
本发明提供了一种耦合型高灵敏电场传感器，如图1所示，包括基底层1、加热层2、贵金属薄膜层3、有机共轭聚合物材料部4、第一施力部5、第二施力部6、第一光纤7、第二光纤8。加热层2置于基底层1上，贵金属薄膜层3置于加热层2上。基底层1的材料为绝热材料，用以隔绝加热层2产生的热。加热层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。贵金属薄膜层3的材料为金或银，用以反射激光或用以形成表面等离极化激元。有机共轭聚合物材料部4、第一施力部5、第二施力部6置于贵金属薄膜层3上，第一施力部5和第二施力部6分别固定连接有机共轭聚合物材料部4的两端。有机共轭聚合物材料部4的材料为聚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。第一施力部5和第二施力部6为绝缘材料。绝缘材料为二氧化硅或玻璃或陶瓷。第一施力部5和第二施力部6不固定在贵金属薄膜层3上，贵金属薄膜层3仅仅用以支撑第一施力部5和第二施力部6。第一光纤7的一端和第二光纤8的一端置于有机共轭聚合物材料部4内。
应用时，首先在无电场的空间，在第一施力部5和第二施力部6之间施加固定的压力，外部激光耦合进入第一光纤7，通过外部光电探测装置探测从第二光纤8出射的激光，确定第一光纤7和第二光纤8之间的耦合特性，此时加热层2为常温；然后，将本发明置于待测电场的空间内，同时应用加热层2加热贵金属薄膜层3和有机共轭聚合物材料部4，加热持续一段时间后，冷却贵金属薄膜层3和有机共轭聚合物材料部4，保持第一施力部5和第二施力部6之间的压力不变，重新测量第一光纤7和第二光纤8之间的耦合特性，根据前后耦合特性的变化，确定待测静电场。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部4的微观结构充分改变。在此过程中，待测静电场改变了有机共轭聚合物材料部4分子链的方向，不仅改变了第一光纤7和第二光纤8之间的介电环境，而且通过第一施力部5和第二施力部6改变了第一光纤7和第二光纤8之间的距离。因此，能够更多地改变第一光纤7和第二光纤8之间的耦合特性，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，如图2所示，还包括隔离部9，隔离部9置于有机共轭聚合物材料部4内第一光纤7和第二光纤8之间。隔离部9的材料为金或银。隔离部9置于有机共轭聚合物材料部4的上部，也就是说隔离部9不与贵金属薄膜层3接触。隔离部9用以阻挡激光从第一光纤7直接传递到第二光纤8；而是激光要经过贵金属薄膜层3作用后，再传递到第二光纤8。这样一来，激光从第一光纤7耦合进入第二光纤8的光程长，因此第一光纤7和第二光纤8的耦合特性更依赖于有机共轭聚合物材料部4的折射率、第一光纤7和第二光纤8之间的距离，所以本实施例能够实现更高灵敏度的电场探测。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，第一光纤7和第二光纤8与贵金属薄膜层的距离小于200纳米。第一光纤7和第二光纤8的方向为贵金属薄膜层3的法线方向。这样一来，激光从第一光纤7出射到贵金属薄膜层3上，在贵金属薄膜层3上激发出表面等离极化激元，表面等离极化激元沿贵金属薄膜层3传播，第二光纤8接收表面等离极化激元，并传递到第二光纤8的另一端。一方面，表面等离极化激元的传播特性严重地依赖于贵金属周围介质的介电常数；另一方面，表面等离极化激元在传播时发生严重的损耗。因此，当有机共轭聚合物材料部4的分子链方向改变时，从第二光纤8探测的激光发生严重的变化，也就是第一光纤7和第二光纤8之间的耦合特性发生严重的变化，从而实现更高灵敏度的电场探测。
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)

1.一种耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于，包括：基底层、加热层、贵金属薄膜层、有机共轭聚合物材料部、第一施力部、第二施力部、第一光纤、第二光纤，所述加热层置于所述基底层上，所述贵金属薄膜层置于所述加热层上，所述有机共轭聚合物材料部、所述第一施力部、所述第二施力部置于所述贵金属薄膜层上，所述第一施力部和所述第二施力部分别固定连接所述有机共轭聚合物材料部的两端，所述第一光纤的一端和所述第二光纤的一端置于所述有机共轭聚合物材料部内。
2.如权利要求1所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料部的材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：还包括隔离部，所述隔离部置于所述有机共轭聚合物材料部内所述第一光纤和所述第二光纤之间。
4.如权利要求3所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述隔离部的材料为金或银。
5.如权利要求4所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述隔离部置于所述有机共轭聚合物材料部的上部。
6.如权利要求1-5任一项所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述第一光纤和所述第二光纤与所述贵金属薄膜层的距离小于200纳米。
7.如权利要求6所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述第一光纤和所述第二光纤的方向为所述贵金属薄膜层的法线方向。
8.如权利要求7所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述第一施力部和所述第二施力部为绝缘材料。
9.如权利要求8所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述绝缘材料为二氧化硅或玻璃。
10.如权利要求9所述的耦合型高灵敏电场传感器，其特征在于：所述贵金属薄膜层的材料为金或银。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113776723A (zh) * 2021-09-30 2021-12-10 云南师范大学 一种基于光耦合变化的光纤气压探测器
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