(19)国家知识产权局
(12)发明专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202210376408.3
(22)申请日 2022.04.12
(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号 CN 114459512 A
(43)申请公布日 2022.05.10
地址 230031 安徽省合肥市高新区黄山路
602号
(72)发明人 张少春 赵博文
(51)Int.Cl.
G01D 5/26(2006.01)
G01D 5/353(2006.01)
G02B 6/255(2006.01)
(56)对比文件
CN 103954377 A ,2014.07.30
CN 110823262 A ,2020.02.21CN 108303405 A ,2018.07.20CN 113804941 A ,2021.12.17CN 105158709 A ,2015.12.16US 2005063444 A1,2005.03.24Xiao-Yan Wang 等.Recent advances in II-VI quantum dots based-signal strategy of electrochemiluminescence sensor.《Talanta Open》.2022，第5卷第1-12页.耿优福 等.基于微结构光纤的温度传感器研究.《应用科学学报》.2020，第38卷(第2期)，第260-278页.审查员 张有亮 (54)发明名称 基于脉冲光的分布式量子传感器及传感微
结构制作方法
(57)摘要
本发明涉及NV心传感技术领域，方案为一
种基于脉冲光的分布式量子传感器，包括有触发
源、处理终端以及传感光纤，所述传感光纤上设
有若干组探测区，每个探测区内均设置有量子
点，所述触发源用于产生特制脉冲光源，并将特
制脉冲光源耦合进入传感光纤中，量子点在特制
脉冲光源的照射下产生应激荧光，相比于现有技
术，本发明利用同一种量子点即可实现一根载体
光纤的分布式传感，其成本更低、生产更容易、反
射荧光更容易与触发光过滤区分，且由于采用同
一种量子点，本发明可使用特定波长的触发光，
实现所有量子点高效触发，提高了测量准确性，
同时，采用同一种量子点进行测量，测量方式和
标准是统一的，
使得测量结果更便于计算。权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 114459512 B 2022.06.17
C N 114459512
B
1.基于脉冲光的分布式量子传感器，包括有触发源（1）、处理终端（2）以及传感光纤
（3），其特征在于：所述传感光纤（3）上设有若干组探测区，每个探测区内均设置有量子点
（6），所述触发源（1）用于产生特制脉冲光源，并将特制脉冲光源耦合进入传感光纤（3）中，量子点（6）在特制脉冲光源的照射下产生应激荧光，不同位置处的量子点（6）产生的应激荧光均沿着传感光纤（3）返回并被处理终端（2）统一接收，处理终端（2）根据荧光接收时间的不同对采集的应激荧光进行分类，并对分类后的反馈信息进行分析处理；
所述探测区为光纤微结构（32），所述光纤微结构（32）包括短光纤（321），所述短光纤（321）中部设有裸光纤区（322），所述量子点（6）设在裸光纤区（322）的纤芯内，所述裸光纤区（322）的外表面由两侧向中部凹陷。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述特制脉冲光源为矩形脉冲光或高斯型脉冲光。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：若干组光纤微结构（32）和连接光纤（31）相连形成传感光纤（3），所述光纤微结构（32）和连接光纤（31）之间为可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述短光纤（321）的两端连接
有光纤连接头（323），所述裸光纤区（322）的表面设置有一层反光镀膜层（324），所述裸光纤区（322）的外围设有热缩保护套（325），所述热缩保护套（325）内设有防弯棒（326）。
5.根据权利要求1所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述传感光纤
（3）为与微波传输线组成的双线结构，所述触发源（1）还包含微波源，所述微波源用于产生微波，并通过微波传输线（24）作用于量子点（6）处，所述微波传输线包含线圈式波导（4）和连接波导（5），若干组线圈式波导（4）和连接波导（5）通过波导连接器（41）连接组成微波传输线，且线圈式波导（4）一一对应套设在探测区的外围。
6.根据权利要求5所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述微波传输线远离触发源（1）的一头连接有匹配阻抗（7）。
7.根据权利要求5所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述微波为与脉冲光源对应的特制矩形脉冲微波或高斯型脉冲微波。
8.根据权利要求1所述的基于脉冲光的分布式量子传感器，其特征在于：所述量子点
（6）为金刚石NV心颗粒，所述金刚石NV心颗粒的长为10nm～10um、宽为10nm～10um、高为10nm～10um，所述金刚石NV心颗粒的心浓度区间为0.1~100ppm。
9.一种光纤传感微结构的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一、制作短节光纤：取两小节光纤，通过光纤剥皮器将两光纤一侧的表皮剥除，裸露出光纤包层；
步骤二、包层刻蚀处理：通过激光设备对裸露包层的表层进行刻蚀，使得裸露的包层部分呈锥状；
步骤三、量子点安装：制备发光量子点，并将发光量子点设置在其中一个小节光纤裸侧端的纤芯处；
步骤四、光纤熔接：通过光纤熔接器将两个小节光纤的锥状裸侧端熔接，使二者连为一体；
步骤五、镀膜处理：通过镀膜设备在裸露的锥状包层表面镀一层反光膜；
步骤六、连接热缩管：取一个内部含有不锈钢棒和热熔胶的热缩管，将其套在裸露包层的外围，再通过加热器对热缩管进行加热收缩处理；
步骤七、辅件安装：冷却后，将光纤连接头安装到光纤端部。
基于脉冲光的分布式量子传感器及传感微结构制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及NV心传感技术领域，具体涉及到一种基于脉冲光的分布式量子传感器及传感微结构制作方法。
背景技术
[0002]近年来，以光纤为传感元件的测量技术已成为目前传感技术中的研究热点。随着各种光纤器件的大量涌现，使用光纤及光纤器件来进行磁场、温度等传感的方法越来越受到人们的广泛关注。现有技术中使用光纤‑量子点结合进行传感的技术不在少数，但是其一般只能进行单点传感，即一根光纤上只有一个点位能进行测量，不能实现分布式测量，使用存在局限性。
[0003]公开号为CN103954377B的中国专利公开了一种基于微结构光纤的温度传感器及其制备方法和测温装置。所述温度传感器包括至少两段微结构光纤，相邻两段微结构光纤之间通过多模光纤串接；所述微结构光纤的纤芯和包层二者之中至少包层内具有沿轴向分布的气孔，所述气孔内具有量子点材料，且每段微结构光纤中的量子点材料所发射的荧光的波长不同。上述专利通过在一根光纤上分布安装多个不同反射波长的量子点，在检测时，能够将不同量子点的探测结果区分开，进而实现了分布式传感功能，但是该设计中，不仅制备各类量子点的过程比较繁琐，且各个波长不同的反射荧光与触发激光之间的区分比较困难，同时由于各个量子点的不同，使用同一波长激发光对其照射产生的反射效果不同，进而导致不同传感点位的测量结果难以定量，最终影响传感准确性。
[0004]基于此，本发明设计了一种基于脉冲光的分布式量子传感器及传感微结构制作方法，以解决上述问题。
发明内容
[0005]本发明提出了一种基于脉冲光的分布式量子传感器及传感微结构制作方法，通过使用脉冲光源对不同位置的量子点进行触发，由于不同位置处量子点与光电探测器距离不同，导致不同位置处量子点处产生的反射荧光返回时间存在差异，通过该时间差将不同量子点的反射荧光进行区分，最终实现通过同一种量子与光纤结合实现分布式测量。[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]基于脉冲光的分布式量子传感器，包括有触发源、处理终端以及传感光纤，所述传感光纤上设有若干组探测区，每个探测区内均设置有量子点，所述触发源用于产生特制脉冲光源，并将特制脉冲光源耦合进入传感光纤中，量子点在特制脉冲光源的照射下产生应激荧光，不同位置处的量子点产生的应激荧光均沿着传感光纤返回并被处理终端统一接收，处理终端根据荧光接收时间的不同对采集的应激荧光进行分类，并对分类后的反馈信息进行分析处理。
[0008]优选的，所述特制脉冲光源为矩形脉冲光或高斯型脉冲光。
[0009]优选的，所述探测区为光纤微结构，若干组光纤微结构和连接光纤相连形成传感
光纤，所述光纤微结构和连接光纤之间为可拆卸连接。
[0010]优选的，所述光纤微结构包括短光纤，所述短光纤中部设有裸光纤区，所述短光纤的两端连接有光纤连接头，所述量子点设在裸光纤区的纤芯内，所述裸光纤区的表面设置有一层反光镀膜层，所述裸光纤区的外围设有热缩保护套，所述热缩保护套内设有防弯棒。[0011]优选的，所述裸光纤区的外表面由两侧向中部凹陷。
[0012]优选的，所述传感光纤为与微波传输线组成的双线结构，所述触发源还包含微波源，所述微波源用于产生微波，并通过微波传输线作用于量子点处，所述微波传输线包含线圈式波导和连接波导，若干组线圈式波导和连接波导通过波导连接器连接组成微波传输线，且线圈式波导一一对应套设在探测区的外围。
[0013]优选的，所述微波传输线远离触发源的一头连接有匹配阻抗。
[0014]优选的，所述微波为矩形脉冲微波或高斯型脉冲微波。
[0015]优选的，所述量子点为金刚石NV心颗粒，所述金刚石NV心颗粒的长为10nm～10um、宽为10nm～10um、高为10nm～10um，所述金刚石NV心颗粒的心浓度区间为0.1
~ 100ppm。
[0016]一种光纤传感微结构的制作方法，包含以下步骤：
[0017]步骤一、制作短节光纤：取两小节光纤，通过光纤剥皮器将两光纤一侧的表皮剥除，裸露出光纤包层；
[0018]步骤二、包层刻蚀处理：通过激光设备对裸露包层的表层进行刻蚀，使得裸露的包层部分呈锥状；
[0019]步骤三、量子点安装：制备发光量子点，并将发光量子点设置在其中一个小节光纤裸侧端的纤芯处；
[0020]步骤四、光纤熔接：通过光纤熔接器将两个小节光纤的锥状裸侧端熔接，使二者连为一体；
[0021]步骤五、镀膜处理：通过镀膜设备在裸露的锥状包层表面镀一层反光膜；[0022]步骤六、连接热缩管：取一个内部含有不锈钢棒和热熔胶的热缩管，将其套在裸露包层的外围，再通过加热器对热缩管进行加热收缩处理；
[0023]步骤七、辅件安装：冷却后，将光纤连接头安装到光纤端部。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025]1、相比于现有技术，本发明利用同一种量子点即可实现一根载体光纤的分布式传感，其成本更低、生产更容易、反射荧光更容易与触发光过滤区分，且由于采用同一种量子点，本发明可使用特定波长的触发光，实现所有量子点高效触发，提高了测量准确性，同时，采用同一种量子点进行测量，测量方式和标准是统一的，使得测量结果更便于计算；[0026]2、本发明考虑到实际使用时，要根据现场情况确定传感位置，因而设计了光纤微结构和连接光纤，该设计可以通过组装改变测量点的位置，大大提高了设备的适用性；[0027]3、本发明对传感微结构进行了改进设计，可以有效减少应激光以及触发光的无效损耗。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议