基于时分复用技术的小型化多通道光纤SPR传感器研究

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表面等离子体共振传感技术(Surface Plasmon Resonance,SPR)由于其灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点被广泛应用于生态环保、药物研发、化学研究、医学治疗等领域。随着实际应用需求的增加,SPR传感器朝着小型化、便携式、自动化和多样品检测等方向发展。本文设计了一套波长调制式的小型化便携式光纤SPR传感系统,与传统仪器相比,体积更小、重量更轻,同时也结合了光纤传感技术和SPR检测技术的优点,为小型化仪器发展提供了参考价值。在此之后,为解决实验中效率低、准确性差的缺点,使用Lab VIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)软件设计了基于时分复用技术的多通道检测系统,为多通道SPR检测技术发展贡献一份力量。本文由SPR原理出发,通过学习了国内外小型化仪器优点,设计研究了波长调制式的小型化便携式光纤SPR传感系统。为了实现仪器小型化,自行设计了仪器外壳、电源管理系统和数据处理系统;使用Solid Works对仪器的结构图进行精确绘制,采用层叠式组装结构,使用3D打印机制作模型然后对整个系统进行封装,整个系统结构尺寸仅有250 mm×250 mm×110 mm。使用自行设计的光纤SPR传感器对Na Cl溶液,其中灵敏度可达1200 nm/RIU,线性度R~2=0.983后续对Con A进行多次检测线性度达R~2=0.974,所得的实验效果良好,在完成小型化的同时,又达成了实际应用检测的目的,证明该系统检测灵敏度高,应用效果好,具有实际应用价值。为了增加实验测量的多样性和准确性,通过对虚拟仪器实验平台Lab VIEW学习使用完成了多通道SPR传感系统的程序设计,清晰简介的界面以及简单明了的操作方式便于用户的使用。通过光开关的切换实现了基于时分复用技术的多通道检测,其中对Na Cl进行检测传感器灵敏度可达1428 nm/RIU,与传统的单通道检测相比,多通道的实验测量增加了实验的效率和准确性,节约时间并且减少成本,同时缩小了检测系统的体积,通过对多通道系统进行了不同浓度的溶液测试,结果表明所设计的多通道检测系统具有优良的实际应用价值。本文通过对SPR传感器、小型化便携式仪器和多通道传感的理论和技术的研究,自行设计了SPR传感系统并进行实验测量,证明了系统的实用性,同时,也为光纤SPR样机的商业化和实用化奠定了基础。
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