基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

邢砾云; 郑妍; 孙玉锋; 王敏; 崔洪亮; 李婷婷

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

1.
吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春 130022;
2.
北华大学电气信息工程学院,吉林吉林 132013

基金项目:

国家自然科学基金面上项目(41376185);国家海洋局项目(201405026-01)

详细信息

作者简介:
邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

中图分类号: O799

Optical fiber sensor determination of the water salinity based on surface plasmon resonance

1.
College of Instrumentation & Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China;
2.
College of Electrical and Information Engineering,Beihua University,Jilin 132013,China

摘要: 论述了检测系统和基于拉锥技术的光纤表面等离子共振(SPR)传感器的详细设计.制定了基于SPR的光纤传感器检测水样品的盐度的比较方案,以满足一些实践需求,诸如精度,速度快,小尺寸和高灵敏度折射率单位(RIU).利用Matlab和C++仿真得到了每个参数对光纤拉锥SPR传感器系统设计性能的影响,这为设备参数的合理选择提供了理论依据.设计了一种新的检测系统,将光学、机械和电子技术相结合.根据拉锥技术、模场分析理论及初步实验结果表明,该装置基本上达到了设计要求,如小巧、便携、良好的线性度和高度单位折射率.基于这个新设备对具有不同的盐度的NACL-水混合物进行了SPR实验,实验结果表明,可以实现对单个样品的精确检测.其谐振波长分辨率可以达到0.15 nm,同时,该检测结果具有较高的线性度和良好的稳定性,折射率(RI)检测偏差小于0.002.
- 光纤拉锥传感器 /
- 表面等离子共振 /
- 盐度 /
- 单位折射率 /
- 线性度
Abstract: In this thesis, the detail design of the system was discussed, including inspection system and the surface plasmon resonance (SPR) sensors based on taper technology. An Optical Fiber Sensor comparison scheme based on SPR detection of measuring the salinity of water sample was formulated to meet some practice requirements,such as accuracy, fast, small size and high sensitivity RIU(Refractive index units). The influence of each parameter on the optical fiber SPR sensor system design was simulated by using Matlab and C++, which gave a theoretical base for the choice of suitable parameters in device design. Then a new detection system, combing with optics, mechanism and electronic technology, was designed. According to the taper technology and mode field analysis theory, result of preliminary experiment shows that this device is basically met the design requirements such as compact, portable, good linearity and highly RIU. SPR experiments about NACL-water mixture with different salinity are implemented in this new device, and experimental results show that accurate detection on single sample can be achieved, and the detecting of the resonance wavelength differentiation is 0.15 nm, moreover, the detecting results has high linearity and good stability, and the refraction index(RI) detecting deviation is less than 0.002.
- taper optical fiber sensor /
- SPR /
- salinity /
- RUI /
- linearity

[1]	Jin Fengze, Du Chunlei1, Shi Lifang, et al. Experimental study of surface plasmon wave imaging sensors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(2): 275-278. (in Chinese)
[2]
[3]
[4]	Gupta B D, Sharma A K. Sensitivity evaluation of a multi-layered surface plasmon resonance-based fiber optic sensor: a theoretical study[J]. Sensors and Actuators B, 2005, 107: 40-46.
[5]
[6]	Yu Huang, Wei Zhang, Wanyi Xie, et al. Influence of ions on dynamic response of surface plasmon resonance fiber optic sensor[J]. Sensors and Actuators B, 2013, 186: 199-204.
[7]	Jimenez Rioboo R J, Philipp M, Ramos M, et al. Concentration and temperature dependence of the refractive index of ethanol-water mixtures: influence of intermolecular interactions[J]. European Physical Journal E: Soft Matter and Biological Physics, 2009, 30: 19-26.
[8]
[9]	Sharma A K, Gupta B D. Comparison of performance parameters of conventional and nano-plasmonic fiber optic sensors[J]. Plasmonics, 2007, 2: 51-54.
[10]
[11]
[12]	Sun Weimin, Shi Shuai, Dai Qiang. Fabrication and measurement of tapered fiber[J]. Journal of OptoelectronicsLaser, 2009, 20(11): 1474- 1477.
[13]
[14]	Dwivedi Y S, Sharma A K, Gupta B D. Influence of design parameters on the performance of a surface plasmon sensor based fiber optic sensor[J]. Plasmonics, 2008, 3: 79-86.
[15]
[16]	Suzuki H, Sugimoto M, Matsui Y, et al. Effects of gold film thickness on spectrum profile and sensitivity of a multimode-optical- fiber SPR sensor[J]. Sensors and Actuators B, 2008, 132: 26-33.
[17]	Yuan Y, Wang L, Huang J. Theoretical investigation for two cascaded SPR fiber optic sensors[J]. Sensors and Actuators B, 2012, 161: 269-273.
[18]
[19]	Yuan Yinquan, Hu Die, Hua Li, et al. Theoretical investigations for surface plasmon resonance based optical fiber tip sensor[J]. Sensors and Actuators B, 2013, 188: 757-760.

[1]	冯艳硕, 梁密生, 卞晓蒙, 任光辉, 边洪录, 祝连庆. 多元等离子体共振纳米结构的飞秒激光加工与拉曼检测应用 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220522-1-20220522-9. doi: 10.3788/IRLA20220522
[2]	张释文, 李丽艳, 周燕, 刘琴, 王永杰, 刘育梁. 基于光外差的高精度海水折射率传感器研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230134-1-20230134-9. doi: 10.3788/IRLA20230134
[3]	解宇恒, 裴丽, 何倩, 常彦彪, 郭智君, 王建帅, 郑晶晶, 宁提纲, 李晶. 多芯光纤折射率与内应力分布重构技术（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210758-1-20210758-6. doi: 10.3788/IRLA20210758
[4]	郑晨, 冯文林, 何思杰, 李邦兴. 用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20210327-1-20210327-5. doi: 10.3788/IRLA20210327
[5]	苏李, 张晓彤, 吕沛桐, 孙铭阳, 王成虎, 陈晨, 张天瑜. 大量程高灵敏度的光纤光栅低频振动传感器研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200340-20200340. doi: 10.3788/IRLA20200340
[6]	岳嵩, 王然, 侯茂菁, 黄刚, 张紫辰. 利用高阶表面等离子体共振实现窄带完美吸收 . 红外与激光工程, 2020, 49(5): 20190489-20190489-7. doi: 10.3788/IRLA20190489
[7]	韩凯, 崔文达, 奚小明, 李志鸿. 弱导阶跃折射率光纤中的模式简并问题 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0405001-0405001-11. doi: 10.3788/IRLA202049.0405001
[8]	吕桓林, 梁宇鑫, 韩秀友, 谷一英, 武震林, 赵明山. 基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0118001-0118001(6). doi: 10.3788/IRLA202049.0118001
[9]	陈郁芝, 李学金. 基于单模光纤传输的单模-无心-单模光纤型表面等离子体共振传感器（特邀） . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201055-1-20201055-5. doi: 10.3788/IRLA20201055
[10]	肖冬瑞, 黄旭光, 姚胜兴, 李祖林, 洪俊. 基于光纤准直器的反射式盐度传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 720004-0720004(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0720004
[11]	张法业, 姜明顺, 隋青美, 张雷, 曹玉强, 马国文, 魏钧涛. 基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 317004-0317004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0317004
[12]	郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江. 基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003
[13]	李修, 徐艳芳, 辛智青, 李亚玲, 李路海. 表面等离子体共振增强ZnO/Ag薄膜发光特性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 621005-0621005(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0621005
[14]	朱南南, 张骏. 表面粗糙度激光散射检测的多波长光纤传感器 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 522003-0522003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0522003
[15]	罗毅, 郝智彪, 王磊, 康健彬, 汪莱, 熊兵, 孙长征, 王健, 韩彦军, 李洪涛, 王禄, 王文新, 陈弘. 量子级联波长上转换系统红外响应特性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 102001-0102001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0102001
[16]	帅红俊, 张帅, 宋建涛, 张建华. 基于光斑跟踪系统的位敏传感器误差修正 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 417002-0417002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0417002
[17]	蓝锦龙, 顾铮先, 唐雄. 两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 922001-0922001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0922001
[18]	王英利, 康梦华, 任立勇, 任凯利. 用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 170-175.
[19]	郑妍, 孙玉锋, 邢砾云, 代广斌, 常天英, 夏良平, 王敏, 郎金鹏, 崔洪亮. 基于表面等离子体共振原理的小型化实时在线海上溢油监测系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3446-3453.
[20]	刘大畅, 付跃刚, 张运方, 李慧, 段靖远. 用于表面等离子体共振的加窗傅里叶变换法信号处理方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2752-2756.

点击查看大图

计量

文章访问数: 533
HTML全文浏览量: 99
PDF下载量: 276
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

作者简介:
邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

Optical fiber sensor determination of the water salinity based on surface plasmon resonance

计量

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

1. 吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春 130022;

2. 北华大学电气信息工程学院,吉林吉林 132013

作者简介:
邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

English Abstract

Optical fiber sensor determination of the water salinity based on surface plasmon resonance

1. College of Instrumentation & Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China;

2. College of Electrical and Information Engineering,Beihua University,Jilin 132013,China

全文HTML

目录

留言板

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

作者简介: 邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

Optical fiber sensor determination of the water salinity based on surface plasmon resonance

计量

出版历程

基于光纤SPR传感器水中盐度的测定

1. 吉林大学 仪器科学与电气工程学院,吉林 长春 130022; 2. 北华大学 电气信息工程学院,吉林 吉林 132013

作者简介: 邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

English Abstract

Optical fiber sensor determination of the water salinity based on surface plasmon resonance

1. College of Instrumentation & Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China; 2. College of Electrical and Information Engineering,Beihua University,Jilin 132013,China

全文HTML

目录

作者简介:
邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

1. 吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春 130022;

2. 北华大学电气信息工程学院,吉林吉林 132013

作者简介:
邢砾云(1981-),女,讲师,博士,主要从事太赫兹无损检测技术、太赫兹光谱及成像技术、表面等离子共振方面的研究.Email:xingliyun116@foxmail.com

1. College of Instrumentation & Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China;

2. College of Electrical and Information Engineering,Beihua University,Jilin 132013,China