Ultrakompakter Fasersensor erreicht hohe Empfindlichkeit bei Magnetfeld- und Temperaturmessungen

Die Magnetfeldmessung spielt in zahlreichen Bereichen der Medizin, des Transportwesens und der Luft- und Raumfahrt eine zentrale Rolle. Der faseroptische Magnetfeldsensor weist herausragende Eigenschaften wie Kompaktheit, Fernabfrage, niedrige Kosten und hohe Empfindlichkeit auf, was großes Interesse geweckt hat. Der faserbasierte Magnetfeldsensor wird jedoch im Allgemeinen durch Temperaturschwankungen beeinträchtigt.

Obwohl sich der Temperatur-Übersprechen in letzter Zeit durch die Integration mehrerer Sensorelemente wirksam beseitigen lässt, geschieht dies auf Kosten einer Vergrößerung der gesamten Sensorkomponenten, und die unterschiedliche räumliche Anordnung mehrerer Elemente kann zu Messfehlern bei der diskriminierenden Mehrparameter-Erfassung führen.

In einem neuen Papier veröffentlicht In Licht: Fortschrittliche Fertigungein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Limin Xiao von der Advanced Fiber Devices and Systems Group, Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (MoE), Key Laboratory for Information Science of Electromagnetic Waves (MoE), Shanghai Engineering Research Center of Ultra-Precision Optical Manufacturing, School of Information Science and Technology, Fudan University, China, und Kollegen haben ultrakompakte Multicore-Faser-Spitzensonden (MCF) zur Unterscheidung von Magnetfeldern und Temperaturen entwickelt.

Ein schüsselförmiger Mikrocantilever und eine mit Mikrofluid infiltrierte Mikrokavität wurden mit der Zwei-Photonen-Polymerisationstechnik (TPP) auf zwei verschiedene Kerne eines MCF gedruckt. Der Mikrocantilever wurde mit einer Eisenkugel in der schüsselförmigen Spitze ausgestattet, um ihn magnetisch empfindlich zu machen, während die mit Mikrofluid infiltrierte Mikrokavität ein hochempfindliches Temperatursensorelement lieferte.

Die diskriminative Messung zweier Parameter kann mithilfe einer Empfindlichkeitskoeffizientenmatrix realisiert werden. Mit dieser Technik kann nicht nur die diskriminative Erfassung von Magnetfeld und Temperatur mit hoher Empfindlichkeit realisiert werden, sondern auch die Größe eines Mehrparametersensors erheblich reduziert werden.

Die vorgeschlagenen 3D-gedruckten MCF-Spitzensonden können über mehrere Kanäle innerhalb einer einzelnen Faser mehrere Signale an einer winzigen Faserspitze erfassen und bieten damit ein ultrakompaktes, empfindliches und zuverlässiges System für diskriminierende Messungen, wenn der Sensorraum extrem begrenzt ist. Darüber hinaus könnte die Möglichkeit, Sonden auf Abruf zu drucken, die Forschung beschleunigen, da die gedruckte MCF-Spitzenstruktur leicht für den Einsatz in speziellen Situationen angepasst werden könnte.

„Der schüsselförmige Mikrocantilever kann auch eine nützliche Plattform für die Einbindung von Mikrostrukturen mit gewinnbringenden Funktionsmaterialien bieten, die Möglichkeiten der Multiparameter-Sensorik erweitern und die Anwendung von MCFs fördern“, prognostizieren die Wissenschaftler.