Волоконно-оптический датчик вещества

Волоконно-оптический сенсор вещества относится к области технологий материалов, материаловедческих и аналитических исследований и позволяет расширить область применения, при этом упростить конструкцию и повысить чувствительность датчика, который содержит отрезок волоконно-оптического кабеля (1), на одном конце которого расположена объектная микролинза (2), а на противоположном его конце микролинза (3), на поверхности объектной микролинзы (2) нанесена пленка (4) с добавкой углеродных нанотрубок, при этом для осуществления процесса взятия проб датчик устанавливают на пластиковой бирке (5). Полученный технический результат обеспечивается за счет создания сигнала вторичного комбинационного рассеивания, его усиления в структуре углеродных нанотрубок и передачи усиленного сигнала в спектроанализатор. 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологий материалов, материаловедческих и аналитических исследований, и может быть использовано в медицинской диагностике, а также для локализации и идентификации взрывчатых, наркотических и отравляющих веществ.

Известен ультрачувствительный сенсор, представленный в заявке (RU 2014144947, МПК G01N 33/48, опуб. бюл. №15, 2016 г., "Ультрачувствительный сенсор", авторы Чоу Стивен Й., Чжоу Лян-Чен) описывающий сенсорное устройство - подложку с множеством столбиков, некоторые из которых содержат диск наверху и металлическую точечную структуру на боковой стенке столбика. По меньшей мере, часть указанной металлической структуры покрыта слоем молекулярной адгезии толщиной 0.5-50 нм, рядом с внешней поверхностью которого наносенсор усиливает световой сигнал. В зависимости от выбора молекулярного адгезионного слоя сенсор способен связывать амины, тиосоединения или гидроксильные органические вещества. Разработанный сенсор позволяет удерживать различные органические соединения, обладающие такими функциональными группами как амино-, тио- или гидроксильная группа, в том числе в качестве аналитов могут выступать белки.

Однако известный сенсор обладает достаточно сложной конструкцией, что отрицательно влияет на воспроизводимость методики определения целевых аналитов и сужает круг определяемых соединений.

Наиболее близким по технической сущности является волоконно-оптический датчик концентрации газов (RU 2265826, МПК G01N 21/17, опуб. бюл. №34 2005 г., "Волоконно-оптический датчик концентрации газов", авторы Задворнов С.А., Соколовский А.А.), содержащий источник оптического излучения, волоконный световод, преобразователь частоты оптического излучения, кювету для исследуемой среды, приемник оптического излучения на выходе кюветы, устройство передачи информационного сигнала и устройство приема и обработки этого сигнала.

Недостатком известного датчика является способность идентифицировать вещество только в газообразной форме, что ограничивает область применения устройства. Кроме того, известный датчик требует наличия большого количества дополнительных сложных элементов, что усложняет конструкцию.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения.

Техническим результатом является упрощение конструкции и повышении чувствительности датчика.

Это достигается тем, что известный волоконно-оптический датчик вещества, содержащий отрезок волоконно-оптического кабеля, снабжен микролинзой и объектной микролинзой, которые расположены на противоположных концах отрезка волоконно-оптического кабеля, и пленкой с добавкой углеродных нанотрубок, нанесенной на поверхность объектной микролинзы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен волоконно-оптический датчик вещества.

Волоконно-оптический датчик вещества, которое может находиться в твердом состоянии, представлять собой пыль или порошок, жидкость или раствор, содержит отрезок волоконно-оптического кабеля 1, на одном конце которого расположена объектная микролинза 2, а на противоположном его конце микролинза 3, на поверхности объектной микролинзы 2 нанесена пленка 4 с добавкой углеродных нанотрубок. Для осуществления процесса взятия проб датчик устанавливают на пластиковой бирке 5.

Волоконно-оптический датчик вещества работает следующим образом.

Процесс взятие пробы исследуемого вещества производят при прикосновении объектной микролинзой 2 с нанесенной пленкой 4 с добавкой углеродных нанотрубок к этому веществу, которое может находящимся в любом фазовом состоянии. Наличие пленки 4 с углеродными нанотрубоками усиливает слабое вторичное комбинационное рассеивание от молекул исследуемого вещества.

Датчик закрепляют на пластиковой бирке 5, на которой размещается информация о координатах и времени взятия пробы. Затем пластиковую бирку 5 с датчиком помещают в слот портативного спектроанализатора, где на объектную микролинзу 2 направляют луч лазера, вызывающий вторичное комбинационное (Римановское) излучение с частиц вещества, захваченных пленкой 4. Это излучение, его спектральный состав, определяется структурой и составом молекулы исследуемого вещества, что позволяет по спектрограмме идентифицировать вещество. Пленка 4 на поверхности объектной линзы 2 выполненная с наполнением из углеродистых нанотрубок, усиливает электромагнитные колебания сверхвысоких частот. Это усиленное излучение собирается микролинзой 2 и по волоконно-оптическому кабелю 1 направляют в оптический приемник спектроананлизатора. Цифровой эквивалент спектрограммы отправляется в «облачную» базу данных, где осуществляется поиск наиболее близких образцов спектрограмм и возвращается перечень веществ, удовлетворяющих критерию отбора, с указанием вероятности совпадения.

Использование волоконно-оптический датчик вещества позволяет расширить область применения, при этом упростить конструкцию и повысить чувствительность датчика.

Волоконно-оптический датчик вещества, содержащий отрезок волоконно-оптического кабеля, отличающийся тем, что снабжен микролинзой и объектной микролинзой, которые расположены на противоположных концах отрезка волоконно-оптического кабеля, и пленкой с добавкой углеродных нанотрубок, нанесенной на поверхность объектной микролинзы.