基于SPR的光纤温度传感器的研究

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温度的精确测量在很多工业领域起着非常重要的作用。目前为止,已经有很多种类的光纤温度传感器,比较典型的有光纤布拉格光栅温度传感器、长周期光纤光栅温度传感器、光纤干涉仪温度传感器等。这些光纤温度传感器各有其优缺点,前两者结构简单但灵敏度往往很低,后者灵敏度较高但制作相对困难。  表面等离子体共振传感器是一种新型传感器,它对于外界的折射率变化非常敏感,常用于测量折射率,在生物医学、药品研发、环境监测等领域有广泛的应用。针对这一特性,本文提出了将表面等离子体共振技术应用于温度传感的思路,以实现一种结构简单同时具有较高灵敏度的光纤温度传感器。本文在研究基于表面等离子体共振的光纤温度传感器上,主要做了以下几点研究:  1、研究了聚二甲基硅氧烷(俗称PDMS)的折射率随温度变化的特性,得出了其折射率随温度线性下降的性质,且斜率,即热光系数较高,达到-4.5×10-4RIU/℃,约为蒸馏水的4倍。  2、提出了基于表面等离子体共振的透射式光纤温度传感器。在阶跃折射率多模光纤侧面剥除光纤包层并镀制金膜,然后涂覆PDMS涂层实现温度传感器。本文从理论仿真和实验测试两方面对该传感器进行了研究,确定了最佳的金膜厚度以及传感区长度,并实现了温度传感测试。同时,也对该传感器的传感光谱质量进行了分析。  3、提出了基于表面等离子体共振的反射式光纤温度传感器。在双芯光纤端面研磨圆台并镀制金膜,然后涂覆PDMS涂层实现温度传感。相比于透射式结构,该反射式结构由于使用能使光束单模传输的双芯光纤,从而使得灵敏度有着较大的提升,同时也减小了传感器体积。本文分别从理论仿真和实验测试对该反射式光纤温度传感器进行了研究,确定了最佳的金膜厚度和光纤研磨角,并实现温度传感测试。通过实验结果的对比,得出该反射式光纤温度传感器的灵敏度有着约两倍的提升,同时,传感光谱质量也有显著的改善。
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