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原文传递外套管光纤传感装置、检测系统及检测方法

专利名称：	外套管光纤传感装置、检测系统及检测方法
摘要：	本发明公开了一种外套管光纤传感装置、检测系统及检测方法，所述装置包括透明毛细管和光纤传感器件，所述透明毛细管的内径尺寸大于光纤传感器件的外径尺寸，所述光纤传感器件插入到透明毛细管内，且光纤传感器件与透明毛细管之间的空隙填充有透明匹配材料。本发明装置能够使光纤传感器件内部的探测光经由透明匹配材料进入透明毛细管管壁，并传播到透明毛细管表面，实现对毛细管表面待测样品的探测，通过将光纤传感器件表面上的物理或者生化修饰、反应转移到透明毛细管外表面，使得光纤传感器件成为了可重复使用的传感器件，提高了重复性，降低了使用成本。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	暨南大学
发明人：	李凯伟;郭团;萧勇光;胡南;杨志勇;严翔羽
专利状态：	有效
申请日期：	2021-05-31T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-16T00:00:00+0800
申请号：	CN202110601242.6
公开号：	CN115479899A
代理机构：	北京启坤知识产权代理有限公司
代理人：	赵晶
分类号：	G01N21/03;G01N21/25;G01N21/41;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/03;G01N21/25;G01N21/41
申请人地址：	510632 广东省广州市黄埔大道西601号
主权项：	1.一种外套管光纤传感装置，其特征在于，包括透明毛细管和光纤传感器件，所述透明毛细管的内径尺寸大于光纤传感器件的外径尺寸，所述光纤传感器件插入到透明毛细管内，且光纤传感器件与透明毛细管之间的空隙填充有透明匹配材料。 2.根据权利要求1所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述透明毛细管的折射率介于1.33至3.0之间。 3.根据权利要求1所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述透明毛细管的内径介于10微米至2000微米之间，透明毛细管的外径介于10微米至2500微米之间，优选的，所述透明毛细管的内径介于126微米至140微米之间。 4.根据权利要求1所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述透明毛细管的一端为喇叭口。 5.根据权利要求1所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述透明毛细管的外表面裸露，或外表面涂覆功能材料，所述功能材料为薄膜材料或纳米材料；例如，所述薄膜材料为金属膜、半导体膜和电介质膜中的至少一种；又例如，所述纳米材料为金属纳米材料、磁性纳米材料、半导体纳米材料、有机纳米材料、无机纳米材料和二维材料的其中一种，优选的，其形状为纳米球、纳米棒、纳米线、纳米片、纳米三角形、纳米立方体和纳米星的其中一种。 6.根据权利要求1-5任一项所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述光纤传感器件的外径介于10微米至1990微米之间，优选的，所述光纤传感器件的外径介于120微米至125微米。 7.根据权利要求1-5任一项所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述光纤传感器件端面为锥形或梯形。 8.根据权利要求1-5任一项所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述光纤传感器件为透射式光纤传感器件或反射式光纤传感器件，所述反射式光纤传感器件的端面镀有反射膜，优选的，所述反射膜为金属膜结构或多层膜结构，更优选的，所述反射膜的厚度介于30纳米与50微米之间。 9.根据权利要求1-5任一项所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述光纤传感器件为布拉格光纤光栅、倾斜布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、单模光纤-多模光纤-单模光纤干涉器件、单模光纤-无芯光纤-单模光纤干涉器件、多模光纤-单模光纤-多模光纤器件、单模光纤-多模光纤-端反器件、单模光纤-无芯光纤-端反器件、多模光纤-单模光纤-端反器件、微纳光纤器件和45度研磨光纤探头的其中一种。 10.根据权利要求9所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述光纤传感器件为倾斜布拉格光纤光栅，优选的，所述倾斜布拉格光纤光栅的倾角介于约5度至25度，轴向长度介于约10毫米至20毫米之间。 11.根据权利要求1-5任一项所述的外套管光纤传感装置，其特征在于，所述透明匹配材料的折射率介于约1.33至1.8之间。 12.一种光纤检测系统，其特征在于，包括光源、起偏器、偏振控制器、环形器、光纤光谱仪以及权利要求1-11任一项所述的外套管光纤传感装置，其中，所述光源、起偏器、偏振控制器和环形器依次连接，所述光纤光谱仪与环形器连接，所述环形器与外套管光纤传感装置连接。 13.一种生物化学检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供如权利要求1-11任一项所述的外套管光纤传感装置；搭建光路，将光源、起偏器、偏振控制器和环形器依次连接，将光纤光谱仪与环形器连接，以及将环形器与所述外套管光纤传感装置连接；光源输出光经过起偏器后转变成偏振光，通过偏振控制器将输入的偏振光的偏振方向调节成与倾斜布拉格光纤光栅写制方向相一致，调节后的偏振光通过环形器入射到光纤传感器件中；在光纤传感器件中产生的包层模耦合至透明毛细管外表面的薄膜材料，激发薄膜材料表面等离子体共振波；在透明毛细管表面提供一层对待测成分具有特异性识别功能的生物分子或者化学材料，例如通过提供针对某种疾病标志物蛋白的抗体，使外套管光纤传感装置实现对该种疾病标志物的定量分析。 14.一种折射率检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供如权利要求1-11任一项所述的外套管光纤传感装置；搭建光路，将光源、起偏器、偏振控制器和环形器依次连接，将光纤光谱仪与环形器连接，以及将环形器与外套管光纤传感装置连接；光源输出光经过起偏器后转变成偏振光，通过偏振控制器将输入的偏振光的偏振方向调节成与倾斜布拉格光纤光栅写制方向相一致，调节后的偏振光通过环形器入射到光纤传感器件中；在光纤传感器件中产生的包层模耦合至透明毛细管外表面的薄膜材料，激发薄膜材料表面等离子体共振波；将外套管光纤传感装置暴露于不同折射率的待测样品中，根据光纤光谱仪的光谱变化，实现对周围环境折射率变化的检测。