光纤结合液晶的高灵敏温度传感研究.pdfVIP

光纤结合液晶的高灵敏温度传感研究

摘要

近年来，以光纤为基础的光学器件吸引了各领域研究学者的浓厚兴趣，其中抗电

磁干扰、高灵敏度、细小轻质等特性尤为突出。科技进步推动了温度测量需求的增长，

温度传感器在环境监测、食品加工、生物医学等领域至关重要。临床医学中，皮下温

度测量对肿瘤检测极为关键，肿瘤通常会引起皮肤温度升高，因此监测这一变化有助

于癌症早期诊断。尽管光纤传感器具有安全性高、柔韧性好和适应性强等优点，但其

精确度和体积大小仍有提升空间。本文提出结合胆甾相液晶和光纤传感技术，开发出

一种微小且高灵敏度的新型光纤温度传感探头。研究还探讨了通过叠加两种液晶线性

灵敏度以提高传感器灵敏度的方法，主要内容如下：

首先，利用光纤熔接机连接毛细微管和多模光纤，制备锥形结构的探头。采用火

焰加热拉锥方法制备锥形毛细微管并与注射器组合制成注射器装置。然后在光纤探针

中填充胆甾相液晶，其布拉格结构对温度敏感，可以将温度信号转化为反射光，通过

观察反射光波长的变化来检测温度的变化。

其次，提出了高灵敏光纤液晶温度传感的方法。将两种胆甾相液晶注入制作好的

光纤探头中，两种液晶随着温度的升高或降低，其选择性反射的波长向着红移和蓝移

的方向移动。在数据统计分析后，两种液晶对温度的响应曲线得以呈现，灵敏度可以

达到5.40nm/℃。根据液晶反射波长对温度较强的线性相关性，并结合两种液晶的温

度灵敏度，推导出了计算温度的数学表达式。与一种液晶对温度的检测灵敏度相比，

这种灵敏度叠加的方法使其对温度的检测更加灵敏，灵敏度平均要高出2nm/℃。与

此同时，温度也是检测肿瘤的一项重要的临床指标，在实验中对处于不同刺激下的小

鼠皮下肿瘤组织和正常组织分别进行温度检测，并验证了用来计算温度的数学表达式。

最后，通过在胆甾相液晶中掺杂荧光染料，实现了胆甾相液晶的激光发射，并研

究了取向材料对液晶激光发射特性的影响。此外，还研究了几种液晶的激光发射波长

对温度的依赖性，结果发现液晶激光发射对温度检测的方法，灵敏度可以达到7.42

nm/℃，并得出高灵敏光纤液晶激光温度传感的特性。

关键词：胆甾相液晶；温度传感器；液晶激光

光纤结合液晶的高灵敏温度传感研究

Abstract

Inrecentyears,opticaldevicesbasedonopticalfibershavegarneredsignificantinterest

fromresearchersacrossvariousfields,withtheircharacteristicsofelectromagnetic

interferenceresistance,highsensitivity,andsmall,lightweightdesignbeingparticularly

prominent.Technologicaladvancementshavedrivenanincreaseinthedemandfor

temperaturemeasurement,withtemperaturesensorsplayingacrucialroleinenvironmental

monitoring,thefoodprocessingindustry,biomedicalapplications.Inclinicalmedicine,

subcutaneoustemperaturemeasurementisextremelyimportantfortumordetection,astumors

oftencauseanincreaseinskintemperature.Therefore,monitoringthischangecanaidinthe

earlydiagnosisofcancer.Despitetheadvantagesoffiberopticsensors,suchashighsafety,

flexibility,andadaptability,thereisstillroomforimproveme