光纤传感器制造技术

等离子体光纤、等离子体光学传感器、及其制造方法。纤芯传送其内的光学信号并且提供暴露于流体下的等离子体感测区域。所述等离子体感测区域仅形成于所述纤芯的外表面的一部分上。所述等离子体感测区域在所述外表面的所述部分内提供接口，以供所传送信号至少部分地射出所述纤芯并且使得在所述纤芯中传送修改光学信号。光学信号发生器可以向所述等离子体光纤提供所述光学信号；光学信号接收器可以将所传送光学信号与所述修改光学信号区分开；并且处理器模块可以分析所述修改光学信号并且标识存在于所述感测区域处的所述流体的物理特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤传感器优先权声明本非临时专利申请要求基于2016年5月12日以阿里礼萨·哈桑尼(AlirezaHASSANI)和法赫德·本驰克罗恩(FahdBENCHEKROUN)的名义提交的申请号为62/335,215、名称为“OPTICALFIBERHUMIDITYSENSORBASEDONSURFACEPLASMON(基于表面等离子体的光纤湿度传感器)”的在先美国临时专利申请的优先权，所述临时专利申请通过引用以其全文结合于此。
本专利技术总体上涉及传感器，并且更具体地涉及湿度传感器和气体传感器。
技术介绍
湿度监测帮助防止例如像服务器室等电子装置环境中的腐蚀、静电。制药工业、航天和航空航天、油气工业、化学工业、数据中心、博物馆、档案馆、服务器室、医疗保健和仓库是湿度监测可能相关的环境的几个示例。用于湿度监测的其他应用也存在，并且可以帮助防洪或者控制针对更好室内空气质量的最佳期望湿度范围。现有的湿度监测解决方案已经在准确性、灵敏度、响应时间和漂移方面显示出局限性。本专利技术解决了对具有更高的准确性、增强的灵敏度、更快的响应时间和/或无漂移的湿度监测解决方案的需求。
技术实现思路
提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或重要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。本专利技术的第一方面涉及一种等离子体光纤，所述等离子体光纤包括：纤芯，用于在其内传送光学信号，所述纤芯提供暴露于所述流体下的等离子体感测区域，所述等离子体感测区域仅形成于所述纤芯的外表面的一部分上。所述等离子体感测区域在所述外表面的所述部分内提供接口，以供所传送信号至少部分地射出所述纤芯并且使得在所述纤芯中传送修改光学信号。所述等离子体光纤可以进一步可选地包括光纤包层，所述光纤包层用于防止在所述纤芯中传送的所述光学信号从其射出所述纤芯的所述外表面的所述部分的外部。所述等离子体感测区域的所述接口可以由在其上形成的一个或多个材料层形成。所述一个或多个层可以包括例如用于感测所述流体中是否存在特定分子的沉积金层。所述金层的厚度可以在20nm与50nm之间(优选地为40nm)，以用于感测所述流体中是否存在水分子。玻璃层(大约为10nm)可以可选地被添加在所述金层之上。所述一个或多个层还可以进一步包括用于感测所述流体中是否存在氢的沉积钯层。在这类情况下，所述一个或多个层进一步包括在所述金层之上的、用于感测所述流体中是否存在氢的沉积银层或沉积钽层。所述银层或钽层的厚度可以为10nm到30nm，并且所述钯层的厚度可以为150nm到350nm。所述等离子体感测区域的所述接口可以设置在其开口端处。可替代地，所述等离子体感测区域的所述接口可以设置在其一个或多个弯曲处。本专利技术的第二方面涉及一种等离子体光学传感器，所述等离子体光学传感器包括：关于本专利技术的所述第一方面而描述的等离子体光纤、用于向所述等离子体光纤提供所述光学信号的光学信号发生器、将所传送的光学信号与修改光学信号区分开的光学信号接收器、以及分析修改光学信号并且标识存在于所述感测区域处的所述流体的物理特性的处理器模块。本专利技术的第三方面涉及一种等离子体光学传感器，所述等离子体光学传感器包括：第一等离子体光纤、用于向所述等离子体光纤提供所述光学信号的光学信号发生器、第二光纤、光学信号接收器以及处理器模块。所述第一等离子体光纤包括：纤芯，用于在其内传送光学信号，所述纤芯提供暴露于流体下的等离子体感测区域，所述等离子体感测区域仅形成于所述纤芯的外表面的一部分上。所述等离子体感测区域在所述外表面的所述部分内提供接口，以供所传送信号至少部分地射出所述纤芯。所述第二光纤靠近所述等离子体感测区域，并且传送来自所传送信号的修改光学信号以便至少部分地射出所述光纤。所述光学信号接收器从所述第二光纤接收所述修改光学信号。所述处理器模块分析所述修改光学信号并且标识存在于所述感测区域处的所述流体的一个或多个物理特性。根据本专利技术的第三或第四方面的等离子体光学传感器可以进一步包括流体可渗透外壳，所述流体可渗透外壳用于容纳所述等离子体光纤，同时所述感测区域与所述流体接触。本专利技术的第五方面涉及一种由光纤制造等离子体光纤的方法。所述方法包括：从所述光纤中暴露出纤芯的外表面的一部分以形成等离子体感测区域；在所述外表面的所述部分内形成接口，使得在所述纤芯中传送的信号至少部分地射出所述纤芯；以及通过使用微电子涂覆装置，利用一个或多个金属层来涂覆所述接口。形成所述接口可以可选地进一步包括使所述外表面的暴露部分弯曲超过临界角，所述临界角确保所述传送信号在其内的全内反射。形成所述接口可以替代地进一步包括切割所述纤芯以在其开口处形成所述接口。利用一个或多个金属层来涂覆所述接口可以进一步包括在一个或多个附加层之前应用金层。本专利技术的第六方面涉及一种制造等离子体光学传感器的方法，所述方法包括：提供流体可渗透外壳；将如根据本专利技术的第一方面所定义的所述等离子体光纤定位在所述外壳中以使所述感测区域与所述流体接触；以及闭合所述外壳以保护容纳在其中的所述等离子光纤。所述方法可以进一步包括：在闭合所述外壳之前将第二光纤定位成靠近所述外壳中的所述感测区域，以保护容纳在其中的所述等离子体光纤和所述第二光纤。附图说明通过结合附图进行的以下详细描述，本专利技术的进一步特征和示例性优点将变得明显，在附图中：图1A和图1B(下文中称为图1)是对包含流体的环境的逻辑模块化表示，在所述流体中，一个或多个目标分子是根据本专利技术的教导来检测的；图2是根据本专利技术的教导的示例性制造方法的流程图；图3是根据本专利技术的教导的第一示例性表面等离子体光纤湿度传感器的逻辑表示；图4是根据本专利技术的教导的第二示例性表面等离子体光纤湿度传感器的逻辑表示；图5A、图5B、图5C、图5D和图5E(本文中统称为图3)是根据本专利技术的教导的终端感测区域的不同示例性形状的逻辑视图；并且图6A、图6B、图6C和图6D(本文中统称为图3)是根据本专利技术的教导的弯曲感测区域的不同示例性形状的逻辑视图。具体实施方式第一类湿度传感器和露点传感器是电湿度传感器，并且目前在市场上是最流行的。这些传感器通过测量湿敏薄膜的捕获特性的变化来检测湿度，以测量相对湿度(RH％)。虽然这些传感器具有相对简单的设计以及较低的询问价格，但是需要定期校准、难以测量低于5％和高于90％的RH％、较差的线性度和相对较长的响应时间(长达甚至几分钟)以及无漂移都是缺点。此外，在恶劣环境、爆炸性大气环境、或具有高电磁干扰的区域中使用电湿度传感器是危险或低效的。光纤技术可用于感测湿度，例如，依赖于隐失波相互作用、布拉格光栅、长周期光纤光栅和干涉仪来检测湿度。光纤湿度传感器通常需要具有对湿度变化敏感的光学特性的吸湿材料。可以通过从材料反射回来的光的吸收或相位来测量材料中的光学特性变化，从而允许传感器测量湿度。总体上，本专利技术涉及基于表面等离子体波与湿度(即，水)和气体的相互作用的湿度和/或气体检测、监测和/或测量。考虑到在光纤中可控传送的光学信号(例如，光)的相移和/或吸收，光学检测器或光谱仪能够检测和/或测量表面等离子体波的相互作用。所述相互作用可以由诸如水分子或某些气体分子(诸如氢)等分子的存在引发。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体光纤，包括：‑纤芯，用于在其内传送光学信号，所述纤芯提供暴露于所述流体下的等离子体感测区域，所述等离子体感测区域仅形成于所述纤芯的外表面的一部分上；并且‑其中，所述等离子体感测区域在所述外表面的所述部分内提供接口，以供所传送信号至少部分地射出所述纤芯并且使得在所述纤芯中传送修改光学信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.12 US 62/335,2151.一种等离子体光纤，包括：-纤芯，用于在其内传送光学信号，所述纤芯提供暴露于所述流体下的等离子体感测区域，所述等离子体感测区域仅形成于所述纤芯的外表面的一部分上；并且-其中，所述等离子体感测区域在所述外表面的所述部分内提供接口，以供所传送信号至少部分地射出所述纤芯并且使得在所述纤芯中传送修改光学信号。2.如权利要求1所述的等离子体光纤，进一步包括光纤包层，所述光纤包层用于防止在所述纤芯中传送的所述光学信号从其射出所述纤芯的所述外表面的所述部分的外部。3.如权利要求1或权利要求2所述的等离子体光纤，其中，所述等离子体感测区域的所述接口由在其上形成的一个或多个材料层形成。4.如权利要求3所述的等离子体光纤，其中，所述一个或多个层包括用于感测所述流体中是否存在特定分子的沉积金层。5.如权利要求4所述的等离子体光纤，其中，所述金层的厚度在20nm与50nm之间以用于感测所述流体中是否存在水分子。6.如权利要求4或权利要求5所述的等离子体光纤，其中，所述一个或多个层进一步包括用于感测所述流体中是否存在氢的沉积钯层。7.如权利要求6所述的等离子体光纤，其中，所述一个或多个层进一步包括在所述金层之上的、用于感测所述流体中是否存在氢的沉积银层或沉积钽层。8.如权利要求7所述的等离子体光纤，其中，所述银层或钽层的厚度为10nm到30nm。9.如权利要求6、权利要求7或权利要求8所述等离子体光纤，其中，所述钯层的厚度为150nm到350nm。10.如权利要求1至9中任一项所述的等离子体光纤，其中，所述等离子体感测区域的所述接口设置在其开口端处。11.如权利要求1至9中任一项所述的等离子体光纤，其中，所述等离子体感测区域的所述接口设置在其一个或多个弯曲处。12.一种等离子体光学传感器，包括：-根据权利要求1至11中任一项所述的等离子体光纤；-光学信号发生器，所述光学信号发生器用于向所述等离子体光纤提供所述光学信号；-光学信号接收器，所述光学信号接收器将所传送的所述光学信号与所述修改光学信号区分开；以及-处理器模块，所述处理器模块分析所述修改光学信号并且标识存在于所述感测区域处的所述流体的物理特性。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里礼萨·哈桑尼，
申请(专利权)人：麦克斯韦股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA