基于PDMS膜封装空芯光纤的级联双腔温度传感器.docx

本文介绍了一种基于PDMS（聚二甲基硅氧烷）膜封装的空芯光纤级联双腔温度传感器。这种传感器的独特之处在于它由一个空气腔（FP1）和一个PDMS腔（FP2）串联组成，其中PDMS腔的长度远远小于空气腔，这样的设计使得传感器满足了游标效应的条件，即FP1腔和复合腔FP3（由FP1和FP2组成）的光程接近。当外部温度发生变化时，PDMS膜会因热膨胀而向两侧伸展，导致FP1腔和FP3腔的干涉谱向相反方向移动，从而实现对温度变化的敏感响应。 实验结果显示，在50至60℃的温度范围内，该传感器的温度灵敏度高达1.32纳米/摄氏度，这一性能与理论分析结果相吻合。由于其体积小巧、结构轻便、高灵敏度以及制作过程相对简单，这种传感器在化学、生物学和医疗等领域具有广阔的应用前景。 传统的光纤温度传感器，如光纤法布里-珀罗干涉仪（FPI），虽然具有体积小、结构紧凑的优点，但受到石英材料热膨胀和热光系数低的限制，其温度灵敏度通常较低，大约为84.6皮米/摄氏度。而通过将PDMS材料与光纤结合，可以显著提高温度传感器的灵敏度。PDMS因其独特的热膨胀特性和热光特性，以及良好的粘接性和化学稳定性，成为了理想的温度敏感材料。研究者通过不同的方法，如浸涂法和表面涂层技术，成功地将PDMS应用到光纤传感器的设计中，实现了更高的温度测量灵敏度。 例如，2014年，Zhang等人采用浸涂法在单模光纤尾部涂上PDMS形成帽状结构，开发出能同时测量折射率和温度的传感器，其温度灵敏度达到了385.46皮米/摄氏度。2016年，Hernández-Romano等人将TiO2涂覆在单模光纤端面，然后与单模光纤熔接，利用PDMS提高了传感器的温度敏感性能。 这种基于PDMS膜封装空芯光纤的级联双腔温度传感器，不仅克服了传统光纤传感器灵敏度低的问题，还具备了小型化、轻量化的优势，有望在粮食储存、生物蛋白活性监测、医疗诊断等多个领域发挥重要作用，为实现高精度温度测量提供新的解决方案。