马德里政治大学(Universidad Politécnica de Madrid, UPM)的研究人员开发出一种低成本、易操作、灵活方便的光学传感器,该传感器与其他光学仪器相比具有很大的优势 。
在2015年BBVA基金会研究人员与文化创造者奖学金(BBVA Foundation Grants for Researchers and Cultural Creators)项目中,UPM的研究人员开发了一种使用传统胶带的创新型光学传感器,创新之处在于该传感器成本低廉、材料柔韧,在文具店就能购得。该传感器在浸入某种液体时,可以检测该液体的光学性质变化,可用于饮料质量控制和环境监测。
传感器由附有一条带子的波导组成,LED光源由带子的一端引入,从另一端出来,并可接受光电二极管检测。光与柔性波导相耦合可能是由于一个衍射元件发挥了作用,它使用了具有纳米特性的铝线光栅,并通过“撕裂和粘贴”的简单过程将柔性波导添加到带子上,此外,波导的两端又可以很容易地粘附到发射器(LED)和光检测器(光电二极管)上。
带子具有柔性,波导可以弯曲并且部分浸入受检液体中,传播的光会通过辐射损失掉一部分(宏弯损耗),该宏弯损耗(curvature loss)取决于周围介质的折射率。因此,将测试液体浸没在光电二极管下,监测该液体穿过波导期间损失的光功率,便可以检测出液体折射率发生的变化。
液体溶液的折射率与其物理和化学性质有关,如密度、浓度等。因此,可以通过测量葡萄汁的折射率或某些饮料的酒精含量来评估葡萄的成熟度。这样,开发的传感器可以应用于食品部门的过程控制、饮料质量评估和环境部门的水质控制。
用于开发这种传感器的材料和部件十分常见、便宜。此外,传感器的三个主要部件(波导、LED和光电二极管)组装很简单,不需要仪器或专用工具。因此,非专业人员也能够进行。
该项目的首席研究员卡洛斯·安戈洛·巴里欧斯(Carlos Angulo Barrios)是光电子系统和微技术研究所(the Institute of Optoelectronics Systems and Microtechnology, ISOM)的研究员,也是UPM电信工程学院光子技术和生物工程(Department of Photonics Technology and Bioengineering (TFB) of the School of Telecommunications Engineering)系教授。卡洛斯博士提到,用于检测折射率的其它光学仪器操作较复杂严格、材料昂贵,而该传感器具有便宜易操作的特性,同时又兼具带子的灵活性,因此和其他检测方法相比具有极大优势,特别是在现场应用和对难以接近区域的液体进行现场分析方面非常有利。”
(编译 乌吉斯古楞)