極端環境監測“好幫手” 微型溫度計加熱大裝置

極端環境監測“好幫手” 微型溫度計加熱大裝置

“它就像一個小型熔爐?！惫こ處烪an這樣描述他的團隊的一項研究發現，利用激光加熱硅尖光纖設備，可以實現接近2000華氏攝氏度的高溫，一秒鐘時間即可以實現從室溫升高到300度的高溫。

由于其體積“微小”，這種設備意味著在尺度上是微觀的，其直徑約為十分之一毫米，大約就是一張紙的厚度。

該裝置的加熱能力，可用于環境監測，包括檢測溫室氣體到用于生物標本研究應用領域如生產用于醫療和工業應用的微氣泡等范圍。它還可以作為一種溫度計，其性能可允許應用在極端高溫的條件下，如用于監測苛刻的發動機和發電廠的環境溫度，Han說。

“我們實現了一種具有非常有效加熱機制的簡便地傳感器結構，”Han說，他是電氣和計算機工程系的副教授?！霸谄渌O備中，加熱元件和溫度傳感元件通常是兩種不同的元件。在這里，我們已經整合到相同的微小結構中?！?/p>

在Han以前的工作中，他所設計的光纖溫度傳感器適用于海洋領域的傳感。與新設計一樣，該傳感器的特征是連接到光纖末端的微小硅柱上，這種柔性玻璃絲能夠以極高速度傳輸光信號。但是粘合硅和光纖的膠水會在華氏200度左右軟化，限制了它在高溫下的使用。

“隨后我們有了突破，”Han說。

再次用粘合劑粘合光纖和硅柱之后，研究小組使用了一個非常熱的電流電弧，基本上是一道持續的閃電一樣，把另一根光纖線與柱子的另一面融合在一起。該過程同時軟化另一側的膠水，并分離了原來的光纖鏈，只留下新融合的結構。

從這個過程中，Han的團隊通過利用兩個波長的光傳輸到光纖中，980納米波長的激光被硅吸收，而另一個1550納米波長的光會通過。

由于吸收的激光會產生熱量，它所具有的遙控能力能夠決定裝置的溫度。同時，更廣泛的波長進入硅中，并在硅的兩端支柱的到部分反射，并開始形成干涉。這種干涉模式會隨著硅的溫度變化而產生變化，使有能夠實現讀數且靈敏的溫度計功能。

Han和其研究員Guigen Liu一起進行這項設計，后者是電氣和計算機工程博士后研究員，表示設備具有產生廣泛的波長的能力，基于他們的這種設備可實現在遠紅外范圍內與這些波長相互作用的氣體監測。并且可以衡量和調整其溫度，Han說，使得這種設備具有多功能性，與現有的微型加熱器相比有很大的優勢。

“我們還有很多工作要做，使這種設備更好，”他說?！斑@是一個非常有前途的技術，將來會有很多令人興奮的應用。”

編輯點評

“微小”新型光纖溫度傳感器，可用于環境監測，包括檢測溫室氣體到用于生物標本研究應用領域如生產用于醫療和工業應用的微氣泡等范圍。新型光纖溫度傳感器通過極高速度傳輸光信號，可以應用在極端高溫的條件下，如用于監測苛刻的發動機和發電廠的環境溫度。