CN214122531U - 一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件 - Google Patents

一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件 Download PDF

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范钦学
方晗峰
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Abstract

本实用新型提供的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，包括壳体，所述壳体内固定有光纤底座，所述光纤底座上固定有第一光纤和第二光纤，所述第一光纤设置有多根，多根第一光纤沿第二光纤的圆周方向布置；所述壳体的侧壁上安装有第一LED、第二LED和光电检测器；所述第一LED的光路与第二光纤自由端的轴线同轴；所述第二LED的光路与光电检测器的光路互相垂直；所述光电检测器的光路与第一光纤自由端的轴线同轴；所述光纤底座上还安装有外部光纤，所述外部光纤的自由端伸出壳体，且该自由端的轴线与传感膜的表面互相垂直；本实用新型具有节约空间、实现系统小型化甚至微型化的特点。

Description

一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件
技术领域
本实用新型属于传感器仪表领域，具体涉及一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件。
背景技术
光纤光化学传感器由于其信号不受电磁干扰、光纤传输距离远、信号衰减少的特点在工业仪器仪表领域用着非常广泛的应用。使用光纤的光化学传感器由于光纤尺寸小，能用在一些传统的传感探头进不去的微小空间中去，尤其在医疗器械领域有重要的应用。然而现有的绝大多数光化学传感器都采用Y型光纤结构，需要将激发光和传感器产生的荧光分别通过两路光纤导入到仪器中，导致仪器体积变大，光耦合效率变低，不利于远距离信号传输。同时Y型光纤通常尺寸大，使用中由于光耦合区域外露，使得光耦合部分容易发生故障。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提供的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，包括壳体，所述壳体内固定有光纤底座，所述光纤底座上固定有第一光纤和第二光纤，所述第一光纤设置有多根，多根第一光纤沿第二光纤的圆周方向布置；
所述壳体的侧壁上安装有第一LED、第二LED和光电检测器；所述第一LED的光路与第二光纤自由端的轴线同轴；所述第二LED的光路与光电检测器的光路互相垂直；所述光电检测器的光路与第一光纤自由端的轴线同轴；
所述光纤底座上还安装有外部光纤，所述外部光纤的自由端伸出壳体，且该自由端的轴线与传感膜的表面互相垂直。
优选地，所述第二光纤、光纤底座和外部光纤同轴布置。
优选地，所述第二光纤和第一LED之间设置有第一滤光片。
优选地，所述第一光纤和光电检测器之间设置有第二滤光片。
优选地，所述第一光纤的直径小于第二光纤的直径。
优选地，所述第一LED为发光二极管。
优选地，所述第二LED为参比光二极管。
优选地，固定在光纤底座一端的多根第一光纤上贴有滤光薄膜。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型专利公开了一种单光纤荧光传感器的耦合部件，将激发光、参比光和传感探头发出的荧光三种信号耦合在光纤基座中，在光纤基座上连接上多根第一光纤形成的单根多模光纤，就能够将三种光信号耦合到单根多模光纤中，从而制备出尺寸小、可手持甚至可穿戴式的光纤荧光传感器。本实用新型具有节约空间、实现系统小型化甚至微型化的特点；同时，该光耦合部件能够提高光的利用率，利用光纤可大幅度提高探测距离，从而设计出远距离探测的光纤荧光传感器。
附图说明
图1是本实用新型涉及的光学耦合部件的结构示意图；
图2是A处放大图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
如图1、图2所示，本实用新型提供的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，包括壳体，所述壳体内设置有第一光纤1、第二光纤2、第一LED3、第二LED4、光纤底座5、滤光薄膜和光电探测器7，其中，第二光纤2设置有多根，多根第二光纤2的一端沿第一光纤1的圆周方向均布，形成复合光纤。
所述复合光纤固定在光纤底座5上；复合光纤的中心线和光纤底座5的中心线重合。
多根第二光纤2的另一端沿圆周方向布置，形成多模光纤。
所述第一光纤1的另一端紧束形成单根光纤。
所述光纤的轴线与第一LED3的光路同轴布置。
所述多模光纤的轴线与光电探测器7的光路同轴布置。
所述光纤底座5上还固定有外部光纤10，所述复合光纤、光纤底座5和外部光纤10同轴布置。
所述外部光纤10的另一端穿过壳体，且该端的轴线与传感膜8的表面互相垂直。
所述复合光纤中第一光纤1的端部贴有滤光薄膜，该滤光薄膜用于透过第二LED4和传感膜8的荧光信号。
所述光纤和第一LED3之间设置有用于过滤第一LED3光路中的杂散光；第一滤光片6，所述光纤、第一滤光片6和第一LED3的中心线重合。
所述光纤和光电探测器7之间设置有用于透光传感膜8发出的荧光的第二滤光片9，所述光纤、光电探测器7和第二滤光片9的中心线重合。
所述第二LED4位于光电探测器7的侧面，且与光电探测器7的光路互相垂直。
所述第二LED4为参比发光二极管，用于发出参比光，且该参比光部分进入光电探测器，用于仪器校正。
所述第二LED4发出的参比光不能激发荧光染料产生荧光，参比LED的波长和荧光染料发出的荧光波长接近。
所述第一LED3为发光二极管。
所述复合光纤的直径小于等于外部光纤10的直径。
第二光纤2的直径为50-1000微米；
第一光纤1的直径为5-500微米；
外部光纤10的直径大于等于200微米。
第一LED3和第二LED4均连接有供电电源。
本实用新型的工作过程：
首先，利用第二LED4发出参比光，该参比光照射到光电检测器7上，利用光电检测器7产生初始相位，用于对仪器进行校正；
接着，第一LED3发出激发光，该激发光经过第一滤光片照射到光纤，通过光纤传输至外部光纤10，外部光纤10将激发光传输至传感膜8上，传感膜8产生荧光信号；该荧光信号照射至外部光纤10；
外部光纤10将接收到的荧光信号经过复合光纤传输至多模光纤1；
多模光纤1经过第二滤光片10将荧光信号照射至光电检测器7；
最后，光电检测器7产生相位，最终计算该相位与初始相位之间的相位差，最终得到光信号。
本实用新型针对背景技术中的问题开发一种单光纤的荧光传感器，将耦合部件置于仪器内部并实现良好的固定。这样的仪器不仅发生故障的概率大大降低，而且仪器结构简洁，可制备出小型化甚至可穿戴式设备。更为重要的是，由于单光纤成本低，可以很方便地根据实际应用需求增加或者缩短所用光纤长度，达到经济实惠又易于维护的目的。

Claims (8)

1.一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，包括壳体，所述壳体内固定有光纤底座(5)，所述光纤底座(5)上固定有第一光纤(1)和第二光纤(2)，所述第一光纤(1)设置有多根，多根第一光纤(1)沿第二光纤(2)的圆周方向布置；
所述壳体的侧壁上安装有第一LED(3)、第二LED(4)和光电检测器(7)；所述第一LED(3)的光路与第二光纤(2)自由端的轴线同轴；所述第二LED(4)的光路与光电检测器(7)的光路互相垂直；所述光电检测器(7)的光路与第一光纤(1)自由端的轴线同轴；
所述光纤底座(5)上还安装有外部光纤(10)，所述外部光纤(10)的自由端伸出壳体，且该自由端的轴线与传感膜的表面互相垂直。
2.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第二光纤(2)、光纤底座(5)和外部光纤(10)同轴布置。
3.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第二光纤(2)和第一LED(3)之间设置有第一滤光片(6)。
4.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第一光纤(1)和光电检测器(7)之间设置有第二滤光片(9)。
5.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第一光纤(1)的直径小于第二光纤(2)的直径。
6.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第一LED(3)为发光二极管。
7.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，所述第二LED(4)为参比光二极管。
8.根据权利要求1所述的一种单光纤荧光传感器的光学耦合部件，其特征在于，固定在光纤底座(5)一端的多根第一光纤上贴有滤光薄膜。
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