由光学学会 研究人员开发了一种极其灵敏的微型光纤传感器，可以测量微小的压力变化
增加一个平行于纤芯的侧孔提高了压力测量和精度
学分:香港理工大学新成 研究人员开发了一种极其灵敏的微型光纤传感器，有一天可以用来测量人体内的微小压力变化
“我们的新压力传感器是为医疗应用而设计的，克服了使用硅基纤维的许多问题，”来自香港理工大学的研究小组组长谭华友说
“它足够灵敏，可以测量呼吸时肺部的压力，而压力的变化只有几千帕
" 研究人员在光学学会杂志《光学快报》上描述了他们的新光纤传感器
这种传感器是基于一种刻在由一种叫做Zeonex的新聚合物制成的光纤中的光纤布拉格光栅(FBG)，能够检测仅2千帕的压力变化
“我们的FBG传感器可以用于各种医疗应用，因为除了生物相容性之外，这种纤维是化学惰性的，对水分也不敏感，”谭说
“我们的最终目标是使用这些类型的传感器来监测动物和人类体内的各种参数——包括压力、温度和应变
" 制造聚合物传感器 许多光纤传感器基于光纤光栅，这是一种微小的周期性微结构，可以刻在光纤上
当压力升高时，光纤会轻微拉伸，以改变其折射率的方式增加光栅周期，并将光输出移向光谱的红色端
同样，压力降低会产生蓝移
用传统的石英光纤制造FBG传感器对于医学应用来说并不理想，尤其是那些涉及在体内长期使用的应用，因为这些光纤显示出相对高的刚度并且可能是易碎的
嵌入石英纤维的光纤光栅对微小压力变化的敏感度也有限，因为这种材料不容易拉伸和收缩
虽然聚合物光纤已经开发出来，但它们往往会吸水——这可能影响测量——而且不太容易用FBG刻写
用于制造新传感器的光纤完全由先进的聚合物Zeonex制成
该图显示了研究人员如何制作预成型品，然后加热并拉伸以制造纤维
学分:香港理工大学新成 为了克服这些障碍，研究人员转向先进的聚合物Zeonex
与石英纤维相比，这种新材料不仅在化学上是惰性的，而且在水环境中也能很好地工作，就像在人体中发现的那些一样，而且对压力变化的响应表现出更高的光位移
尽管被称为掺杂剂的物质通常被用来制造不同折射率的材料，用于光纤的内芯和外包层，但研究人员通过使用不同等级的Zeonex来制造单一材料的光纤，从而简化了制造过程
“消除掺杂剂的使用使得光纤制造具有良好的再现性，”谭说
“我们能够使用准分子激光轻松地刻写FBG，并添加一个平行于核心的侧孔
侧孔提高了压力测量灵敏度，并显著减少了滞后，因此提供了更好的测量精度
" 高分辨率、可再现的读数 为了展示这种新型传感器，研究人员将其性能与类似设计的传统聚合物传感器进行了比较
传感器被放置在一个室内，在那里压力被手动增加和逐步降低到大气压以上和以下
对于两个传感器，相应的光偏移被实时监控
他们发现，基于Zeonex的侧孔设计传感器产生的响应是线性的、可重复的，并且具有可忽略的滞后或误差
测试表明，该传感器可用于高达50千帕的低压测量，分辨率为2
0千帕
与传统的基于聚合物的传感器相比，压力测量的灵敏度提高了80%
“压力传感器在压力变化在大气压上下几千帕的情况下最有用，”谭说
“它可用于医疗和高海拔环境中的低压传感，以及检测气体容器中的压力变化
" 研究人员现在正在努力进一步缩短传感器的响应时间，目前只有几十秒
他们还希望扩展传感器，以测量其他物理和化学参数，如酸碱度，并使探针功能化，以便它可以检测特定气体的压力
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