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更常用的由玻璃制成的微光纤传感器

时间:2021-10-22 点击次数:

微型系统(如微流量控制系统)需要对作用于小物体的力进行控制和测量。虽然基于微机电系统的传统力传感器可以提供更高的测量分辨率,但其尺寸、几何形状和电气特性在许多应用程序中受到限制。MEMS系统需要适当的包装。如果包装不当,MEMS系统不相容,不能浸入水中。几何形状通常仅限于需要电连接的中型芯片的矩形。基于锥形超纤维的法布里波罗(FP)不兼容,不能浸入水中。其几何形状通常仅限于需要电连接的中型芯片的矩形。基于锥形超纤维的法布里波罗(FP)可以弥补MS装置的不足,但目前很少用于测量微传感器对使用环境的敏感性。


为了开发更常用的微力传感器,研究人员创建了一种完全由玻璃制成的微光纤传感器,它是在光纤尖端形成的,并配备了密封的FP干涉(FPI)。他们开发了一种复杂的蚀刻技术,用于制造复杂的全纤维微结构。他们利用这种微加工技术创建了一种基于Fabry-Perot干涉仪的传感器,一种由两个平行反射面制成的光学腔。


它可以兼容不同的操作环境,包括导电液和化学侵蚀性液体,可以直接用于各种应用,无需额外的包装和圆柱形。具体来说,传感器传感器由光纤末端形成的二氧化硅隔膜组成。膜的中心部分延伸到硅极,硅极的末端是一个圆探头或一个容易施加测力的传感圆柱体。


传感器由应时玻璃制成,圆柱形,从80后到小,直径约105μm。其特点是氧化硅玻璃含有特定量的磷。为了使传感膜足够薄,提高其灵敏度,薄膜在显微镜下被切割、抛光和抛光。当外力用于探头时,磁极会偏转薄膜,从而调节FPI的长度。然后用商用信号探测器在光谱上探测干涉仪的长度。背反射光谱可以在探测器的可用波长范围内(1529和1568.2nm之间)获得。将后反射的光功率和波长数据转换为光功率和光频数据后,可以通过离散快傅里叶逆转(IDFFT)获得测量力。


将光纤和薄而柔软的二氧化硅薄膜引入传感器末端,制造微型干涉仪。当外力施加到端部有圆形或圆柱形测力探头的硅胶柱上时,干涉仪的长度会发生变化,其精度为亚纳米级。该传感器具有约0.6μN和约0.6mN的能量分辨率。


传感器结构的制造模式形成了一止污染并应用于生化环境的气密腔。它不仅可以浸泡在各种液体中,还可以测量正负力,在大多数应用中不需要任何额外的包装。


在对传感器进行评估和校准后,研究人员使用它来测量杨氏模量(硬度测量),这是人类头发和普通蒲公英种子。同时,通过测量从液体中取出的微圆筒的回缩力来测量液体的表面张力。


高分辨率传感器和广泛的测量范围可用于小物体的灵敏操作和加工,测量少量液体的表面张力,操作或检查细胞水平上生物样品的力学性能。同时,这种力传感器可以大大降低到10微米左右,可以用来执行各种力测量任务。微力传感器还可以用来创建更复杂的传感器,如测量磁场、电场、确定表面张力、液体流量等。

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