基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500 nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.

在微球中掩埋量子点制造高灵敏度折射率传感器

近年来，微球谐振腔的研究和应用成为传感器领域的研究热点。微球谐振腔具有1种独特的被称之为回音壁模式（Wispering Gallery Mode．WGM）的性质，即使内部或外界非常微小的改变，都能反映为输出光波（如频率等）的显著变化，因而非常适用于制作各种高灵敏度的传感器．如温度传感器、加速度传感器和折射率传感器等。

基于锥形四芯光纤的高灵敏度折射率传感器

提出了一种基于锥形四芯光纤的折射率传感器。四芯光纤两端熔接了多模光纤,并在氢氧火焰下逐渐拉细。通过模拟传感部分的光场证明了锥形四芯光纤会产生更强的干涉效应。实验结果表明,该传感器的最大折射率灵敏度达到了298.307 nm/RIU,线性度为99.806%,同时其对温度变化不敏感,有效地避免了温度与折射率之间的交叉敏感。该传感器具有体积小、灵敏度高的特点,在生物和化学传感领域具有潜在的应用前景。

基于悬空槽波导的高灵敏度折射率传感器

介绍了一种基于绝缘体上硅(SOI)的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型高灵敏度折射率传感器。在该传感器中采用悬空槽(SSlot)波导作为传感臂,条形波导作为参考臂,利用两臂不同模式之间的干涉提高传感器的灵敏度。分析了MZI型传感器的工作原理,推导了灵敏度公式,通过灵活调节两臂长度和合理设计SSlot波导,实现了9.824×10^(4)nm/RIU的高灵敏度。该传感器还具有尺寸小、制造简单等优势,可广泛应用于生物医疗、环境监测等领域。

基于色散转折点处的高灵敏度锥形七芯光纤折射率传感器

基于色散转折点的锥形光纤折射率传感器由于依赖色散转折点(Dispersion Turning Point,DTP)的独有特性,可获得超高的传感灵敏度,在生物溶液检测和物质分析等领域展现了广阔的应用前景。提出了一种基于色散转折点处的锥形七芯光纤(Saven-core-fiber,SCF)液体折射率传感器,该传感器通过二次拉锥法制作而成,通过理论和实验证明,该传感器在色散转折点附近具有超高的折射率灵敏度,折射率在1.33附近区域时,折射率灵敏度的最大值为23262.30 nm·RIU^(-1);折射率在1.35附近区域时,折射率灵敏度的最大值为23658.23 nm·RIU^(-1),此外,该传感器具有良好的复现性,使其在微生物溶液检测和血浆检测等领域显示出巨大的潜力。

高灵敏度SiC动态高温压力传感器仿真研究

为了提高碳化硅(SiC)动态高温压力传感器的灵敏度,采用p型SiC材料,同时对传感器的敏感单元的不同结构———方膜和圆膜,利用Ansys软件进行了静力学仿真与分析,并完成了敏感芯片的尺寸设计。仿真结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为14.2μV/(V·kPa)。在100~600℃内非线性误差小于1.53%。动态仿真表明:传感器的固有频率为481kHz,传感器可以在160kHz高频环境中安全工作,该结果为进一步制备SiC高温压力传感器奠定了理论支撑。

纤芯失配熔接的高灵敏度光纤折射率传感器

提出并实验验证了一种基于马赫泽德干涉仪(MZI)的高灵敏度光纤折射率(RI)传感器。传感头由一段单模光纤(SMF)夹熔在两段较短的细芯光纤(TCF)中组成TCF-SMF-TCF结构,其总长度为9mm。由于光纤纤芯失配导致的纤芯模和包层模发生干涉,干涉谱对传感头外部折射率的响应极其敏感。使用该传感器检测具有不同折射率的甘油水溶液,实验结果显示:传感器干涉谱的共振波长随环境折射率的增大向长波方向漂移,其折射率灵敏度在1.33RIU～1.38RIU范围内约为159nm/RIU。该传感器具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点,在生物化学与环境监测等领域具有较大的应用潜力。

基于光纤M-Z干涉的高灵敏度液体折射率传感器的实验研究

提出并制备了一种基于Mach-Zehnder干涉效应的高灵敏度光纤液体折射率传感器.分别利用NaCl溶液和甘油溶液,研究了传感器的透射光谱和外界介质折射率的关系.实验结果表明,随着周围介质折射率的增大,传感器干涉谱的极小值点对应的波长向长波方向漂移,在1.333～1.356的折射率变化范围内,极小值点对应的波长的漂移量和折射率的变化具有较好的线性关系,对应的灵敏度约为4 086nm/refractive-index.该传感器制作简单、结构紧凑,在生物和化学测量中具有较好的应用前景.

基于侧边抛磨多模光纤的高灵敏度折射率传感器

提出一种可于生物传感的侧边抛磨多模光纤（SPMMF）折射率传感器。针对1.300~1.430折射率范围传感特性,研究了纤芯直径50.0、62.5和105.0μm的多模光纤（MMF）侧边抛磨不同深度时SPMMF折射率传感器的光谱特性和光功率传输特性。结果表明,在1.300~1.430折射率范围内,光纤纤芯直径和剩余半径（抛磨面到纤芯中心的距离）越小,传感器灵敏度越高;纤芯直径为50.0μm、剩余半径为0μm时,可以获得最高达42.23dB/RIU的灵敏度,最小分辨率为2.37×10-5RIU;纤芯直径为105.0μm、剩余半径30μm时,SPMMF折射率传感器仍有10-5 RIU量级的分辨率。

铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先建立了传感单元的结构模型,通过力矩平衡方程,得出了影响传感器灵敏度和固有频率的因素,然后使用Ansys与SolidWorks联合仿真,优化了传感器结构参数,最后制作了传感器实物,搭建封装和测试系统完成封装和特性测试。实验结果表明:两个传感单元的谐振峰位于650Hz和925Hz,分别与传感单元2和传感单元1的“工作区”互补,将工作频率范围扩展到0~1500Hz,灵敏度优于410.4pm/g,测量分辨率为0.16mg。文中所设计的传感器具有灵敏度高、工作频段宽等优点,为微振动监测提供新的技术手段。

基于向日葵型圆形光子晶体的高灵敏度太赫兹折射率传感器

在基于太赫兹技术的生物化学传感应用中,折射率传感逐步引起了广泛的研究兴趣.为了提升太赫兹传感器的性能,本文提出了基于向日葵型的圆形光子晶体折射率传感器.所设计的传感器包括两个在光子晶体谐振腔中心对称分布的样品池.研究了传感器性能与结构参数之间的依赖关系,并讨论了这些参数的选择从而优化了传感器的性能.最后,所设计的折射率传感器在不同参数下获得的最大灵敏度为10.4μm/RIU,最大的Q因子为62.21,最大的品质因数为1.46.该项工作将圆形光子晶体传感器扩展到太赫兹波段,实现了高性能太赫兹波折射率传感器.

高灵敏度多模干涉-异质无芯光纤折射率传感器

基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。

水凝胶用于高灵敏度应变传感器的研究进展

首先综述了压电式、电阻式、摩擦电式以及电容式4种应变传感器的类型的及其传感机理。其次,深入探讨了提升水凝胶应变传感器灵敏度的关键方法。通过选用导电纳米粒子与离子材料等适宜材料,采用微球、锯齿状、多孔等特定结构设计,以及多因素的综合复合等方式,可以赋予水凝胶应变传感器高灵敏度的特征。随后,归纳了此类传感器在智能电子、可穿戴设备和医疗健康领域的应用实例。最后,展望了目前面临的挑战与未来的机遇。

基于PEDOT∶PSS的高灵敏度宽量程透明聚合物应变传感器

柔性应变传感器通常难以兼具高灵敏度、宽量程以及透明的性能。提出一种导电层为聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)的三明治结构聚合物柔性应变传感器,该传感器在兼顾高灵敏度和宽量程的同时具有高透明性。通过旋涂工艺在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备了可拉伸的透明导电聚合物薄膜;基于掩模氧等离子体刻蚀工艺对聚合物薄膜进行了图案化处理;通过拉伸得到表面具有微裂纹的全聚合物柔性应变传感器。微裂纹在应变加载过程中的开合程度对传感器电阻产生影响,进而能够对各种加载应变做出响应。性能测试结果表明,该柔性传感器在30%的应变下依然能稳定输出信号,满足人体动作检测的最大变形需求;在5%~20%的应变范围内,传感器具备线性响应(线性度>0.9922)和高灵敏度系数(GF为10),克服了传统应变片GF(~2)低、量程小和刚度大的局限性;在可见光波长范围(400~800 nm)内,传感器的透光率超过70%。该传感器能够对人体肌肉和关节运动信号进行监测,在医学康复、运动训练以及人机交互等领域展现出应用前景。

高灵敏度光纤MZI折射率传感器

首次在实芯光子晶体光纤中制备了横向大偏置结构光纤马赫-曾德尔干涉仪折射率传感器,并理论分析了此种干涉仪的干涉机制和折射率传感特性,以及影响折射率传感特性的各种因素;搭建实验系统,测试了折射率传感特性。结果表明,腔长330μm传感器的干涉谱对外部环境折射率变化的响应成线性,透射谱随环境介质折射率增大而向短波方向移动,灵敏度超过-15 100 nm/RIU,灵敏度与腔长长度无关,光子晶体光纤的气孔对折射率传感特性影响很小。此种高灵敏度的光纤微腔折射率传感器适用于液体或气体的快速检测领域。

一种高灵敏度自主采样式热释电传感器的研究

为了提高热释电型红外传感器的探测距离和提高其探测灵敏度,本文提出了一种具有高灵敏性的热释电红外传感器的基本设计方法。这种热释电红外传感器采用正弦波电流发生器和电磁线圈产生电磁力驱动凸透镜进行微幅摆动。被检测的热释电红外信号经过滤光镜片和摆动的凸透镜聚焦后,其红外光焦点同样也进行微幅摆动。这样,安装在红外光焦点运动轨迹上的热释电敏感元件被红外光焦点不断扫描而产生自主采样的热释电信号。由于凸透镜的受光面积较大,被聚焦的红外光线较多,因此提高了热释电红外传感器的检测灵敏度。一般来说,对同样的热释电敏感元件,采用自主采样式热释电红外传感器的探测距离可以达到菲涅尔透镜式的3倍以上。

大量程高灵敏度的光纤光栅低频振动传感器研究

针对低频振动检测的需求,研制了一种基于柔性铰链的光纤光栅(FBG)振动传感器,实现了在一定范围内对低频信号的高精度测量。根据传感器的理想结构模型,结合力矩平衡方程和拉格朗日方程给出了传感器的灵敏度和固有频率的计算方法,并采用ANSYS软件对传感器的结构进行有限元分析,得到了一阶谐振频率为92.457 Hz。通过性能测试试验,传感器在0.5~55 Hz这个频率范围内平坦度好,固有频率为91 Hz,与有限元分析结果一致,灵敏度为1.94 nm/g,线性度为99.99%。其纵向灵敏度远优于横向灵敏度,具备较强的横向抗干扰能力。

低频高灵敏度光纤Bragg光栅振动传感器设计

为实现对低频振动信号的准确测量,设计了一种新型的双光纤光栅振动传感器.首先,理论分析了传感器的灵敏度和谐振频率.其次,使用ANSYS数值模拟软件分析了传感器的灵敏度和谐振特性.最后,根据分析结果设计了光纤Brgg光栅振动传感器,并通过实验研究了传感器的幅频特性、线性响应、温度自补偿特性和抗横向干扰特性.实验结果表明:传感器在10~130Hz范围内加速度灵敏度为231.48pm/g,线性度为99.98%;-20~60℃范围内,具有良好的温度自补偿能力;同时,该传感器具有较强抗横向干扰能力,横向引入误差小于3.47%.

采用电流镜放大读出电路的CMoS高灵敏度图像传感器

介绍一种采用电流镜放大读出电路的CMOS图像传感器。该读出电路能向光敏二极管提供恒定的接近于零的偏压，使二极管暗电流和暗噪声减小；它的输入阻抗低，注入效率高，动态范围大；光电流放大10倍后再去积分、输出，使器件灵敏度大大提高。采用2μmCMOS工艺研制出64位线阵样品，得到比较满意的实验结果。