Światłowodowa platforma detekcyjna z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji

Dzięki tej metodzie powstaje innowacyjna, adaptowalna platforma czujników światłowodowych. Rozwój platformy był pierwotnie napędzany przez projekt stworzenia podwodnego termometru do charakteryzowania turbulencji wód oceanicznych. Zalety tej platformy to wysoka czułość, szybsza reakcja i niewielkie rozmiary, a także doskonałe możliwości produkcyjne dzięki zastosowaniu dobrze znanych technik wytwarzania MEMS.

Może być używany do wielu pomiarów związanych z temperaturą, takich jak pomiary temperatury w celu charakteryzacji turbulencji, pomiary przepływu cieczy i gazów oraz promieniowanie plazmy wysokotemperaturowej w niektórych fuzjach. Zbuduj czujnik na stole ze spektrometrem. Pierwszym krokiem jest wyprodukowanie filarów krzemowych na płytce krzemowej.

Ten wafel ma samodzielne filary gotowe do użycia w czujnikach. Przegląd filarów znajduje się na tym schemacie. Są one wzorowane z dwustronnie polerowanej płytki krzemowej o grubości 200 mikrometrów, przy użyciu standardowych metod wytwarzania systemów mikroelektromechanicznych.

Fotorezystor znajduje się na szczytach każdego filaru i podłoża. Przygotuj włókno wprowadzające, zdejmując plastikową powłokę światłowodu. Użyj chusteczki do soczewek zamoczonej w alkoholu, aby oczyścić usuniętą część.

Weź oczyszczone włókno do tasaka światłowodów, aby je rozciąć. Następnie zaopatrz się w klej utwardzany promieniami UV i szkiełko podstawowe. Nałóż niewielką kroplę kleju utwardzanego promieniami UV na szkiełko

Następnie ręcznie obróć lub obróć szkiełko, aby rozprowadzić klej. Klej będzie cienką warstwą na powierzchni. Weź rozcięte włókno wprowadzające i dociśnij jego powierzchnię końcową do szkiełka, aby przenieść klej.

Podłącz przeciwległy koniec światłowodu do interrogatora czujnika w celu monitorowania widma odbicia. Następnie pracuj z silikonowymi filarami i rozszczepionym końcem włókna. Umieść opłatek z filarami na stoliku translacyjnym, który porusza się w płaszczyźnie poziomej.

Przymocuj światłowód do liniowego stolika, który porusza się pionowo. Dostosuj stopnie, aby wyrównać światłowód z jednym z filarów, używając widma odbicia w czasie rzeczywistym jako sprzężenia zwrotnego. To widmo odbicia jest przykładem takiego, które sugeruje, że wyrównanie jest zadowalające.

Umieść światłowód w kontakcie z filarem, aby je przymocować, gdy widmo będzie zadowalające. Po przymocowaniu słupka i włókna utwardź wiązanie pod lampą UV. Po zakończeniu utwardzania podnieś włókno za pomocą pionowego etapu translacji, aby odłączyć je i silikonowy filar od podłoża.

Sprawdź głowicę czujnika pod mikroskopem, aby zbadać jego geometrię. Jest to typowy czujnik z powodzeniem wyprodukowany. Zbierz materiały, aby wyprodukować czujnik o wysokiej precyzji.

Obejmuje to fragmenty dwustronnie polerowanej płytki krzemowej, z napyloną warstwą złota po jednej stronie, widoczną jako żółta. Druga strona ma dielektryczną powłokę lustrzaną o wysokim współczynniku odbicia, widzianą jako niebieska. Następnie przygotuj skolimowany ołów w światłowodzie, łącząc krótki odcinek światłowodu wielomodowego o stopniowanym indeksie ze światłowodem jednomodowym.

Rozetnij włókno wielomodowe. Jak pokazano na tym schemacie, uformuj kolimator światłowodowy, rozcinając światłowód wielomodowy o stopniowanym indeksie tak, aby stanowił jedną czwartą okresu trajektorii światła. Teraz na szkiełku umieść małą kroplę kleju utwardzanego promieniami UV.

Po rozcieńczeniu kleju poprzez ręczne kołysanie lub obracanie szkiełka, dociśnij końcówkę włókna wielomodowego o stopniowanym indeksie do szkiełka, aby przenieść klej. Podłącz drugi koniec światłowodu do interrogatora czujnika w celu monitorowania widma odbicia. Następnie umieść fragment płytki na stoliku translacji poziomej.

Mieć stronę dielektryczną skierowaną do góry. Umieść przygotowane włókno w pionowym etapie translacji i przesuń je w kierunku fragmentu, aby przymocować dwa kawałki. W porównaniu z czujnikami podczerwieni o niskiej finezji sparowanymi tkaninami, produkcja czujników o wysokiej finezji ma najbardziej rygorystyczne wymagania jako optyczne wyrównanie wiodącego włókna z elementem krzemowym.

Umieść włókno i dołączone fragmenty wafli pod lampą UV w celu utwardzenia. Jest to przykład montażu po utwardzeniu, gdy jest gotowy do kolejnych kroków. Zanim przejdziesz dalej, wypoleruj fragment w kształt przypominający dysk.

Zbadaj głowicę czujnika pod mikroskopem, aby upewnić się, że ma pożądany kształt. Włącz gotowe urządzenie o niskiej finezji do systemu demodulacji. System jest prosty i składa się tylko z kilku elementów.

Spektrometr i komputer. To jest konfiguracja w formie schematu. Jest źródło szerokopasmowe, z wyjściem, przez światłowód.

Włókno trafia do pierwszego portu cyrkulatora optycznego. Światłowód z drugiego portu cyrkulatora jest połączony ze włóknem doprowadzającym czujnika o niskiej finezji. Podłącz trzeci port cyrkulatora do spektrometru o dużej prędkości.

Do przechowywania danych należy używać komputera podłączonego do spektrometru. Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie. To spektrum jest typowe.

Przygotuj system demodulacji z czujnikiem o wysokiej finezji. Konfiguracja jest tylko nieznacznie bardziej skomplikowana niż w przypadku nisko wyrafinowanego systemu demodulacji. Mimo to konfiguracja nadal składa się tylko z kilku elementów.

Użyj lasera z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym, podłączonego do aktualnego sterownika. Podłącz wyjście lasera za pomocą światłowodu do pierwszego portu cyrkulatora optycznego Włókno z drugiego portu cyrkulatora jest połączone z czujnikiem o wysokiej finezji. Podłącz trzeci port cyrkulatora optycznego do detektora zdjęć.

Dane z fotodetektora trafiają do urządzenia do akwizycji danych i do komputera. Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie i daje typowe widmo. Czujnik systemowy o niskiej finezji, zaprojektowany do pomiaru termoklin w wodach otwartych, zebrał dane z testów terenowych w kolorze niebieskim.

Krzywe czerwona i to pomiary wykonane za pomocą przyrządów referencyjnych dostępnych obecnie na rynku. Bliższe przyjrzenie się danym sugeruje, że system czujników o niskiej finezji zapewnia więcej szczegółów. Dane w kolorze czerwonym pochodzą z konfiguracji czujnika o niskiej finezji, takiego jak czujnik przepływu umieszczony w zbiorniku na wodę.

Dane w kolorze czarnym pochodzą z referencyjnego komercyjnego czujnika przepływu. Obie te rzeczy na ogół się zgadzają. Jednak gdy woda jest spokojna, czujnik niskiej finezji wykazuje znacznie wyraźniejszą reakcję.

Czujnik o wysokiej finezji jest obiecujący jako solidny bolometr o wysokiej rozdzielczości, do pomiaru emisji fotonów w plazmie. Wyniki te porównują czujnik o wysokiej finezji z bolometrem rezystancyjnym. Należy pamiętać, że czujnik wykonany z bazowego kleju UV nie jest przeznaczony do zastosowań powyżej 100 stopni Celsjusza, ze względu na zmniejszoną stabilność żywicy epoksydowej w wysokich temperaturach.

Podłączenie wiodącego włókna i kwaśnego im-pe-der ze spawaniem może doprowadzić do powstania platformy czujnika o wzroście temperatury o około 1,000 stopni Celsjusza; umożliwiając inne ekscytujące zastosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze. Przykłady zastosowań wysokotemperaturowych obejmują makrogrzejniki, promienniki podczerwieni i monitorowanie temperatury w calach w elektrowniach. Podczas korzystania z lampy UV i laserów upewnij się, że masz na sobie fartuch laboratoryjny i okulary ochronne do lasera, aby chronić skórę i oczy.