CN116242807A - 基于拟合质心法的温度补偿spr葡萄糖传感器 - Google Patents

基于拟合质心法的温度补偿spr葡萄糖传感器 Download PDF

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CN116242807A CN202310414008.1A CN202310414008A CN116242807A CN 116242807 A CN116242807 A CN 116242807A CN 202310414008 A CN202310414008 A CN 202310414008A CN 116242807 A CN116242807 A CN 116242807A
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Abstract

本发明公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，通过将多模光纤和单模光纤熔接，经过氢氟酸腐蚀形成的锥形单模光纤，银膜包覆在氢氟酸腐蚀的单模光纤上，还原氧化石墨及PDDA/PBA附着在银膜上作为传感层。所设计出的传感器同时具有SPR与MZI效应，在检测葡萄糖溶液浓度的同时可对温度进行监测以减少温度带来的干扰；并将SPR透射光谱拟合成高斯函数，并求出函数与设置基线围成图形的质心坐标作为参照点。相较于传统结构所涉及的传感器，本发明具有较高的精确度与线性度。

Description

基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器。
背景技术
表面等离子体共振(SPR)光谱技术作为一种无标记检测技术，在在过去几十年里发展迅速，并已应用于多种传感领域，其原理是当光再传输过程中经过介质与金属的交接面，光产生的倏逝波与金属电子的振动频率相匹配时，自由电子发生共振，产生表面等离子体波(SPW)，沿金属和介电层之间的界面传播。某一波段的光会因为共振被吸收，会产生吸收峰。当外界待测环境折射率发生变化时，振动频率匹配条件改变，SPR产生的吸收峰的位置会随之移动，这也就是SPR传感器的基本原理。由于SPR传感器对生物和化学分物质有较好的亲和性，所以SPR传感器非常适合于检测各种生物和化学分析物的浓度与含量，SPR传感器在无标签生物传感器中发挥着至关重要的作用。
相比传统的棱镜SPR传感器，光纤传感具有灵敏度高、灵活性好、操作简单的特点，根据光纤SPR的传感结构不同，可分为包层腐蚀型光线传感器、终端反射式多模光纤SPR传感器，侧面抛磨结构多模光纤SPR传感器，光子晶体光纤结构，异质纤芯结构多模光纤SPR传感器等。然而，在光纤中存在多种模式传播，不同模式所表现的入射角也不同。因此，光纤SPR传感器的性能与基于棱镜的传感器略有不同：棱镜结构具有选择入射角，而光纤中的多中模式模则具有多个入射角。由于入射角是有范围的，每个角度都有其共振波长，光纤传感探头引入的透射谱共振谷被拓宽，这带来了一些不利影响，导致传感器的性能，包括灵敏度、优点系数和检测分辨率都有所下降。
目前葡萄溶液浓度传感器使用过程中随温度变化葡萄糖溶液折射率会发生改变，存在温度干扰的问题，而且，在检测过程中仅减小温度对传感器的干扰是不够的，需要不影响传感器性能的情况下同时检测出实时的温度值。在检测葡萄糖溶液浓度的过程中，传感器的结构简单，性能稳定，可以避免温度的干扰甚至是检测实时温度是十分必要的。然而基于SPR的多参数传感器由于有多个共振波谷检测范围较小且不同检测波谷之间会有串扰，极大地限制了在传感技术领域的应用。
公开号为CN108982417A的一种基于多模干涉型的光纤葡萄糖浓度传感器及制备方法，包括SMS型光纤，所述SMS型光纤结构为单模光纤-多模光纤-单模光纤，所述多模光纤去除了包层，并且在去除包层的多模光纤的表面上通过固定交联剂固定有葡萄糖氧化酶。这种传感器突破了光纤传感器领域必须用到光纤光栅的桎梏，由于没有光纤光栅的影响，故传感器就不会受到应变和温度的影响，在使用的时候对环境的要求低，同时成本也降低了。然而该专利也不能同步检测温度，并且无法解决不同检测波谷之间会有串扰的技术问题。
发明内容
解决的技术问题：本发明公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，能够解决目前光纤SPR传感器检测精度不高，分辨率低且易受温度串扰影响的问题。
技术方案：
一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，所述葡萄糖光纤SPR传感器包括入光多模光纤、锥形单模光纤、出光多模光纤、光谱仪和计算机；
所述入光多模光纤、锥形单模光纤和出光多模光纤同轴设置，锥形单模光纤的一端与入光多模光纤熔接，另一端与出光多模光纤熔接；出光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部通过光谱仪与计算机连接；入光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部与光源连接；
所述锥形单模光纤的外壁镀有金属薄膜，在金属薄膜上附着还原氧化石墨烯薄膜，还原氧化石墨烯薄膜采用PDDA溶液改性后带有正电位，PBA硼酸利用静电吸附法的方式吸附在还原氧化石墨烯上；所述葡萄糖光纤SPR传感器利用锥形单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液的浓度，同时利用由熔接处的一部分光泄漏到包层处后又回到纤芯中引发的MZI效应以检测葡萄糖溶液的温度；
所述计算机将光谱仪测得的SPR透射谱进行高斯拟合，将其先拟合为高斯函数再对拟合得到的高斯函数进行求导，将导数的最大绝对值处的纵坐标设置为基线，计算基线与高斯函数围成图形的质心横坐标，采用质心横坐标作为SPR波谷参照点进行数据分析。
进一步地，所述入光多模光纤和出光多模光纤的纤芯直径相同，均为62.5μm；所述入光多模光纤和出光多模光纤的包层直径相同，均为125μm；所述锥形单模光纤的纤芯直径为8.2μm，所述锥形单模光纤的最大包层直径和最小包层直径分别为125μm和60μm，锥形单模光纤的中部区域最窄且其长度为3cm。
进一步地，所述锥形单模光纤的的外壁镀有银膜，银膜的厚度为50nm。
进一步地，所述还原氧化石墨烯薄膜的厚度取值范围为4nm-8nm。
本发明还公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器为如前所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔接；
将单模光纤去除涂覆层得到单模光纤包层与纤芯，根据传感部分的长度进行切割，其一端和入光多模光纤的一端熔接，另一端和出光多模光纤的一端熔接；
步骤2：腐蚀；
将氢氟酸滴涂在单模光纤表面，两端保留有一段单模光纤未被氢氟酸覆盖，对单模光纤进行腐蚀，得到锥形单模光纤；
步骤3：镀膜；
在被氢氟酸腐蚀的锥形单模光纤的包层表面，采用磁供溅射的镀膜方式，将金属薄膜镀在锥形单模光纤表面；
步骤4：沉积传感膜；
在镀有外壁金属薄膜的锥形单模光纤表面，采用提拉的方法依次固定还原氧化石墨烯薄膜和PDDA/PBA传感层，得到基于拟合质心法和温度补偿的葡萄糖溶液浓度光纤传感器。
进一步地，步骤2中，采用滴涂的方式使浓度为40％的氢氟酸浸没部分单模光纤，两端各留有1cm的单模光纤未被浸泡在氢氟酸中，针对不同单模光纤部位设定不同的腐蚀时间以形成锥形结构，其中，最细处腐蚀50min。
进一步地，步骤3中，镀膜的过程包括以下子步骤：
用固定夹将已镀过匹配层的锥形单模光纤放入真空腔中，固定并使锥形单模光纤位于靶材正上方；
关闭真空腔，抽真空至8×10-4Pa，以流量为5sccm-6sccm的速度充入氩气，调节真空腔的闸板阀，使真空腔内的氩气压强稳定在0.5Pa-0.6Pa；
打开衬底旋转，调节直流源电流为43mA，功率为12W，采用金属膜为溅射原料，在锥形单模光纤的其中一侧溅射150s后，将锥形单模光纤翻转，在锥形单模光纤的另一侧溅射相同时间。
进一步地，步骤4中，沉积传感膜的过程包括以下子步骤：
在锥形单模光纤表面的金属薄膜上沉积还原氧化石墨烯，将还原氧化石墨烯分散液进行超声处理，超声频率为20-25kHz，时间为0.5h；
重复五次以下操作：通过提拉法将锥形单模光纤浸泡在浓度为0.5mg/ml的还原氧化石墨烯分散液中二十秒重复提拉十二次，再在80℃的烘干台上烘干二十分钟固定；
将镀有银膜和还原氧化石墨烯薄膜的锥形单模光纤浸泡在1mg/ml的PDDA溶液中1h，使纤维表面带正电；
将光纤浸入PBA溶液中，使PBA硼酸在吸附带正电的PDDA上，并与还原氧化石墨烯形成大芳香环之间的π-π共价键相互作用而固定在还原氧化石墨烯薄膜上，得到葡萄糖溶液浓度传感单元。
本发明还公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的信号处理方法，所述信号处理方法包括以下步骤：
将如前所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的单模光纤部分置于待测葡萄糖溶液检测容器中，并将检测容器密封；
开启宽带光光源，宽带光光源发出的光信号经过入光多模光纤传输至锥形单模光纤中，光信号在锥形单模光纤中传输，通过锥形单模光纤后形成的输出光谱进入出光多模光纤，通过出光多模光纤将光信号导入光谱仪，光谱仪通过数据接口将实时数据传送至计算机，由计算机对实时数据进行高斯函数拟合得出函数表达式Tgauss：
Figure BDA0004184334230000041
其中T是光谱透射率，λ是光的波长，λc是光的中心波长，FWHM是SPR信号的自由光谱范围；
对函数Tgauss进行处理，将导函数的拐点处的纵坐标设置为基线坐标：
Figure BDA0004184334230000042
Ybase＝Tgauss(a)；
其中a是拟合高斯函数导函数绝对值处的横坐标，Ybase是基线的纵坐标；
求出基线与拟合出的高斯函数围成区域D的质心坐标，通过分析质心坐标分析所测葡萄糖溶液灵敏度：
Figure BDA0004184334230000043
式中，式中，
Figure BDA0004184334230000044
为所求出质心坐标代表的波长，D是基线与拟合出的高斯函数围成区域，x是入射光波长，F是SPR曲线经过高斯拟合形成的函数表达式，σ是区域D对应的子域。
有益效果：
第一，本发明的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，利用单模光纤与多模光纤熔接，并利用氢氟酸腐将单模光纤腐蚀为锥形，制备出结构简单稳定性强的光纤SPR传感器。与此同时，本发明分别利用单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液浓度和多模光纤与锥形单模光纤熔接形成的MZI效应检测温度，两种检测方式可实现双参数检测且在不同波段的检测方式对彼此性能的影响较小。另外，采用HF腐蚀的方式触发MZI效应与拉锥法相比具有较低的成本。
第二，本发明的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，采用了拟合质心法代替传统的波谷最低点作为检测参照点，该方法将所有符合振动频率匹配条件的进行处理，优化了由于光纤中有多个入射角度导致透射共振谷变宽与附着二维材料增敏后导致透射共振谷变宽带来的传感器分辨率低线不利影响，同时也提升了传感器的线性度与灵敏度。与传统质心法相比，本发明将光谱信号高斯拟合为函数表达式后采用更简便的数学积分的方法求出指定区域积分求出质心坐标，无需图像处理等工序简化了步骤；该方法还可减小光纤传感探头引入的透射谱共振谷被拓宽带来的不利影响。本发明的葡萄糖光纤SPR传感器制作方法简单，成本低，抗电磁干扰性强，机械强度大，可以应用于复杂环境的检测。
第三，本发明的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，附着有还原氧化石墨烯同时具备了石墨烯与氧化石墨烯的优点，具有良好的光学性质与电子转移速率增强传感器的表面电场提高检测灵敏度的同时，还具有良好的生物亲和性。还原氧化石墨烯表面具有羧基与氨基官能团，能够吸附更多的葡萄糖分子，提高传感器的检测限，相较于传统的GOD葡萄糖氧化酶，本发明采用的PBA对葡萄糖的吸收能力受温度影响较小，且还原氧化石墨烯可隔绝银膜与空气接触防止银膜氧化增加传感器寿命。
第四，本发明的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，通过氢氟酸腐蚀形成的锥形单模光纤可以增加光的泄漏量，在增强SPR效应的同时还能有效减小多模干涉产生的影响，并增强了MZI效应干涉条纹的深度。
附图说明
图1为本发明实施例的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的传感单元结构示意图；
图2为本发明实施例的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器结构示意图；
图3是本发明实施例中的传感器在不同折射率溶液中的透射光谱图；
图4是本发明通过优化质心法对光谱数据进行处理在原理图；
图5a是本发明实施例中利用传统SPR传感器灵敏度检测法的传感器线性拟合图，图5b是本发明实施例中利用优化质心法对SPR传感器灵敏度检测的传感器线性拟合图；
图6a是本发明实施例中利用MZI传感器在不同温度下的的透射光谱，图6b是MZI传感器对温度灵敏度检测的线性拟合图；
图7a是本发明实施例中利用SPR传感器在不同浓度的葡萄糖溶液下的的的透射光谱，图7b是SPR传感器对葡萄糖检测的线性拟合图。
附图标记分别为：1、入射多模光纤，2、出射多模光纤，3、锥形单模光纤，4、银层，5、还原氧化石墨烯层，6、PDDA-PBA传感层，7、葡萄糖分子，8、宽带光源，9、出液口，10、进液口，11、传感器传感单元，12、玻璃管，13、光谱仪，14、计算机。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
参见图2，本发明实施例公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，所述葡萄糖光纤SPR传感器包括入光多模光纤、锥形单模光纤、出光多模光纤、光谱仪和计算机。
所述入光多模光纤、锥形单模光纤和出光多模光纤同轴设置，锥形单模光纤的一端与入光多模光纤熔接，另一端与出光多模光纤熔接；出光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部通过光谱仪与计算机连接；入光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部与光源连接。
所述锥形单模光纤的外壁镀有金属薄膜，在金属薄膜上附着还原氧化石墨烯薄膜，还原氧化石墨烯薄膜采用PDDA溶液改性后带有正电位，PBA硼酸利用静电吸附法的方式吸附在还原氧化石墨烯上；所述葡萄糖光纤SPR传感器利用锥形单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液的浓度，同时利用由熔接处的一部分光泄漏到包层处后又回到纤芯中引发的MZI效应以检测葡萄糖溶液的温度。
所述计算机将光谱仪测得的SPR透射谱进行高斯拟合，将其先拟合为高斯函数再对拟合得到的高斯函数进行求导，将导数的最大绝对值处的纵坐标设置为基线，计算基线与高斯函数围成图形的质心横坐标，采用质心横坐标作为SPR波谷参照点进行数据分析。
参见图1，传感单元包括锥形单模光纤3和多模光纤，多模光纤分为第一多模光纤1和第二多模光纤2，第一多模光纤1的一端和锥形单模光纤3的一端连接，单模光纤纤芯3的另一端和第二多模光纤2的一端连接，和在锥形单模光纤外壁，由内至外依次设置银层4、还原氧化石墨烯层5和PDDA-PBA传感层6。光源8通过入光光路和传感器传感单元11与入射端的第一多模光纤1连接，传感器传感单元11另一端的第二多模光纤2，经由出光光路和光谱仪13连接，在由计算机14处理。
至于各个光纤的尺寸参数，只要能够符合同时产生SPR和MZI效应即可，使该葡萄糖光纤SPR传感器能够分别利用单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液浓度和多模光纤与锥形单模光纤熔接形成的MZI效应检测温度，两种检测方式可实现双参数检测且在不同波段的检测方式对彼此性能的影响较小。具体地，本实施例通过光纤熔接技术，多模光纤与单模光纤熔接处一部分光泄漏到包层处最后回到纤芯中产生MZI效应可对温度进行检测，减小了温度对葡萄糖溶液浓度检测产生的串扰葡萄糖溶液与温度检测位置相同提升了测温的准确性。
下面是其中一种葡萄糖光纤SPR传感器的结构参数和制备方法示例：
步骤1：将包层与纤芯直径为125μm和8.2μm的单模光纤去除涂覆层得到单模光纤包层与纤芯，将包层与纤芯直径分别任125μm和62.5μm的多模光纤根据传感部分的长度利用光纤切割刀将单模光纤和多模光纤端面切割平滑并留下单模光纤长度为3cm，采用酒精对单模光纤和多模光纤表面进行清洗。之后使用光纤熔接机进行熔接，熔接参数设置为：清洁放电150ms放电功率3000bit、放电时间2500ms、推进量10μm。将单模光纤一端和入光多模光纤的一端熔接，另一端和出光多模光纤的一端熔接；
步骤2：对单模光纤进行腐蚀时，采用浓度为40％的氢氟酸通过滴涂的方式使氢氟酸浸没单模光纤部分，并且两端留有1cm的单模光纤未被浸泡在氢氟酸中，氢氟酸会随时间向两端扩散，根据不同部位腐蚀时间不同会形成锥形结构。腐蚀50min可得到最细处直径为60μm的锥形单模光纤。
步骤3：采用磁供溅射的镀膜方式在光纤表面镀上50nm厚的银膜，磁控溅射的工艺参数为：用固定夹将已镀过匹配层的光纤放入真空腔中，固定并使光纤位于靶材正上方；关闭真空腔，抽真空至8×10-4Pa，此时充入氩气，流量为5～6sccm，调节真空腔的闸板阀，使真空腔内的氩气压强稳定在0.5-0.6Pa；打开衬底旋转，调节直流源电流为43mA，功率为12W，采用金属膜为溅射原料，溅射2min30s后，将光纤翻转，在光纤的另一侧溅射相同时间。得到厚度为50nm厚的银膜。
步骤4：外壁镀有外壁金属薄膜的表面，采用提拉的方法依次固定还原氧化石墨烯薄膜和PDDA/PBA传感层，得到基于拟合质心法优化及可温度补偿的高灵敏度葡萄糖溶液浓度光纤传感器，具体地，包括以下子步骤：
(1)在光纤表面的金属薄膜上沉积还原氧化石墨烯，将还原氧化石墨烯分散液进行超声处理，超声频率为20-25kHz，时间为0.5h，通过提拉法将单模光纤部分浸泡在浓度为0.5mg/ml的还原氧化石墨烯分散液中二十秒重复提拉十二次，再在80℃的烘干台上烘干二十分钟固定，此步骤重复五次。
(2)在光纤上附着葡萄糖溶液传感膜，葡萄糖传感膜是将镀有银膜和还原氧化石墨烯薄膜的单模光纤浸泡在1mg/ml的PDDA溶液中1h，使纤维表面带正电。再将光纤浸入PBA溶液中，由于PBA溶液在水中呈负电性，所以会吸附带正电的PDDA上，并与还原氧化石墨烯形成大芳香环之间的π-π相互作用而固定在还原氧化石墨烯薄膜上，得到高灵敏度葡萄糖溶液浓度传感单元。最终得到的葡萄糖光纤SPR传感器的结构参数如下：
多模光纤纤芯和包层直径分别为62.5μm和125μm，通过氢氟酸腐蚀成的锥形单模光纤的纤芯和包层直径分别为8.2μm和125μm，腐蚀后单模光纤最小直径为60μm，长度为3cm。其外壁镀金属薄膜为银膜，厚度为50nm。还原氧化石墨烯薄膜的厚度大约在4nm-8nm。宽带光源波长范围为350～1590nm。光谱仪波长范围为400nm～1000nm。近红外光谱仪波长范围为1510nm～1590nm。该葡萄糖溶液浓度光纤传感器的温度灵敏度为138pm/℃；折射率敏感度为5157nm/RIU；检测生物分子的浓度为1mmol/L～10mmol/L。测试实例如下：
将该葡萄糖光纤SPR传感器置于设置有进液口10和出液口9的玻璃管12中，开启宽带光光源8，宽带光光源发出的光信号经过入光光纤1传输至单模光纤3中，光信号在单模光纤中传输，通过单模光纤后形成的输出光谱进入出光光纤1，通过出光光纤将光信号导入光谱仪与近红外光谱仪13，光谱仪通过数据接口将实时数据传送至计算机14进行数据处理。
首先向玻璃管12中加入不同折射率的溶液，将该传感器放入不同折射率的溶液中，得到如附图3所示的透射光谱图。随着溶液折射率的增加，共振波长向右偏移，由图5a知，根据折射率和共振波长的拟合曲线可得对应直线的斜率，进而可以进一步求出该传感器的灵敏度为4896RIU/nm。通过加热台对玻璃管内的液体进行加热，得到如附图5a所示的MZI干涉光谱。随着温度的增加，光谱的波谷向右偏移，根据图5b知据折射率和共振波长的拟合曲线可得对应直线的斜率，进而可以进一步求出该传感器的灵敏度为138pm/℃。
将传输至计算机的信号进行高斯函数拟合得出函数表达式，并对函数进行处理，
Figure BDA0004184334230000081
将拟合函数的拐点处的纵坐标设置为基线坐标：
Figure BDA0004184334230000082
Ybase＝Tgauss(a)；
并求出基线与拟合出的高斯函数围成区域D的质心坐标，通过分析质心坐标分析所测葡萄糖溶液灵敏度：
Figure BDA0004184334230000083
算法原理图如附图4所示。
通过优化质心法由图5a知，根据折射率和共振波长的拟合曲线可得对应直线的斜率，进而可以进一步求出该传感器的灵敏度为5157RIU/nm，与传统检测方法相比线性度从0.97036增加到0.99852。从实验结果得知，基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器可实现双参数测量与提升传感器的线性度。
本实施例还进一步进行了葡萄糖溶液浓度浓度的检测实验，采用浓度分别为0mmol/L，1mmol/L，2.5mmol/L，5mmol/L和10mmol/L的葡萄糖溶液。由于葡萄糖分子与硼酸PBA会发生特异性结合，由于二者的结合会引起单模外侧银膜所接触的折射率发生变化，产生波长处的吸收峰发生移动。随着浓度的增加，稳定后吸收峰的移动量增加。与此同时，可以通过MZI干涉仪参考峰在的位置，得到实时的温度情况，实现的温度和葡萄糖溶液浓度检测(详见图6a和图6b)。再通过拟合质心优化法得到如图7a和图7b所示准确的葡萄溶液浓度的信息。该传感器对葡萄糖的灵敏度为2.7625nm/mmol,线性度为0.991表明该传感器对葡萄糖溶液的检测有较好的线性度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器包括入光多模光纤、锥形单模光纤、出光多模光纤、光谱仪和计算机；
所述入光多模光纤、锥形单模光纤和出光多模光纤同轴设置，锥形单模光纤的一端与入光多模光纤熔接，另一端与出光多模光纤熔接；出光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部通过光谱仪与计算机连接；入光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部与光源连接；
所述锥形单模光纤的外壁镀有金属薄膜，在金属薄膜上附着还原氧化石墨烯薄膜，还原氧化石墨烯薄膜采用PDDA溶液改性后带有正电位，PBA硼酸利用静电吸附法的方式吸附在还原氧化石墨烯上；所述葡萄糖光纤SPR传感器利用锥形单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液的浓度，同时利用由熔接处的一部分光泄漏到包层处后又回到纤芯中引发的MZI效应以检测葡萄糖溶液的温度；
所述计算机将光谱仪测得的SPR透射谱进行高斯拟合，将其先拟合为高斯函数再对拟合得到的高斯函数进行求导，将导数的最大绝对值处的纵坐标设置为基线，计算基线与高斯函数围成图形的质心横坐标，采用质心横坐标作为SPR波谷参照点进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述入光多模光纤和出光多模光纤的纤芯直径相同，均为62.5μm；所述入光多模光纤和出光多模光纤的包层直径相同，均为125μm；所述锥形单模光纤的纤芯直径为8.2μm，所述锥形单模光纤的最大包层直径和最小包层直径分别为125μm和60μm，锥形单模光纤的中部区域最窄且其长度为3cm。
3.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述锥形单模光纤的的外壁镀有银膜，银膜的厚度为50nm。
4.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述还原氧化石墨烯薄膜的厚度取值范围为4nm-8nm。
5.一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器为权利要求1-4任一项中所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔接；
将单模光纤去除涂覆层得到单模光纤包层与纤芯，根据传感部分的长度进行切割，其一端和入光多模光纤的一端熔接，另一端和出光多模光纤的一端熔接；
步骤2：腐蚀；
将氢氟酸滴涂在单模光纤表面，两端保留有一段单模光纤未被氢氟酸覆盖，对单模光纤进行腐蚀，得到锥形单模光纤；
步骤3：镀膜；
在被氢氟酸腐蚀的锥形单模光纤的包层表面，采用磁供溅射的镀膜方式，将金属薄膜镀在锥形单模光纤表面；
步骤4：沉积传感膜；
在镀有外壁金属薄膜的锥形单模光纤表面，采用提拉的方法依次固定还原氧化石墨烯薄膜和PDDA/PBA传感层，得到基于拟合质心法和温度补偿的葡萄糖溶液浓度光纤传感器。
6.根据权利要求5所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤2中，采用滴涂的方式使浓度为40％的氢氟酸浸没部分单模光纤，两端各留有1cm的单模光纤未被浸泡在氢氟酸中，针对不同单模光纤部位设定不同的腐蚀时间以形成锥形结构，其中，最细处腐蚀50min。
7.根据权利要求5所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤3中，镀膜的过程包括以下子步骤：
用固定夹将已镀过匹配层的锥形单模光纤放入真空腔中，固定并使锥形单模光纤位于靶材正上方；
关闭真空腔，抽真空至8×10-4Pa，以流量为5sccm-6sccm的速度充入氩气，调节真空腔的闸板阀，使真空腔内的氩气压强稳定在0.5Pa-0.6Pa；
打开衬底旋转，调节直流源电流为43mA，功率为12W，采用金属膜为溅射原料，在锥形单模光纤的其中一侧溅射150s后，将锥形单模光纤翻转，在锥形单模光纤的另一侧溅射相同时间。
8.根据权利要求5所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，步骤4中，沉积传感膜的过程包括以下子步骤：
在锥形单模光纤表面的金属薄膜上沉积还原氧化石墨烯，将还原氧化石墨烯分散液进行超声处理，超声频率为20-25kHz，时间为0.5h；
重复五次以下操作：通过提拉法将锥形单模光纤浸泡在浓度为0.5mg/ml的还原氧化石墨烯分散液中二十秒重复提拉十二次，再在80℃的烘干台上烘干二十分钟固定；
将镀有银膜和还原氧化石墨烯薄膜的锥形单模光纤浸泡在1mg/ml的PDDA溶液中1h，使纤维表面带正电；
将光纤浸入PBA溶液中，使PBA硼酸在吸附带正电的PDDA上，并与还原氧化石墨烯形成大芳香环之间的π-π共价键相互作用而固定在还原氧化石墨烯薄膜上，得到葡萄糖溶液浓度传感单元。
9.一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的信号处理方法，其特征在于，所述信号处理方法包括以下步骤：
将如权利要求1-4任一项中所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的单模光纤部分置于待测葡萄糖溶液检测容器中，并将检测容器密封；
开启宽带光光源，宽带光光源发出的光信号经过入光多模光纤传输至锥形单模光纤中，光信号在锥形单模光纤中传输，通过锥形单模光纤后形成的输出光谱进入出光多模光纤，通过出光多模光纤将光信号导入光谱仪，光谱仪通过数据接口将实时数据传送至计算机，由计算机对实时数据进行高斯函数拟合得出函数表达式Tgauss：
Figure FDA0004184334210000031
其中T是光谱透射率，λ是光的波长，λc是光的中心波长，FWHM是SPR信号的自由光谱范围；
对函数Tgauss进行处理，将导函数的拐点处的纵坐标设置为基线坐标：
Figure FDA0004184334210000032
Ybase＝Tgauss(a)；
其中a是拟合高斯函数导函数绝对值处的横坐标，Tbase是基线的纵坐标；
求出基线与拟合出的高斯函数围成区域D的质心坐标，通过分析质心坐标分析所测葡萄糖溶液灵敏度：
Figure FDA0004184334210000033
式中，
Figure FDA0004184334210000034
为所求出质心坐标代表的波长，D是基线与拟合出的高斯函数围成区域，x是入射光波长，F是SPR曲线经过高斯拟合形成的函数表达式，σ是区域D对应的子域。/>
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