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微型温度计加热装置问世 可监测苛刻环境温度

2017-05-31 09:29
林契于宸
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“它就像一个小型熔炉。”工程师Ming Han这样描述他的团队的最新一项研究发现,利用激光加热硅尖光纤设备,可以实现接近2000华氏摄氏度的高温,一秒钟时间即可以实现从室温升高到300度的高温。

由于其体积“微小”,这种设备意味着在尺度上是微观的,其直径约为十分之一毫米,大约就是一张纸的厚度。

该装置的加热能力,可用于环境监测,包括检测温室气体到用于生物标本研究应用领域如生产用于医疗和工业应用的微气泡等范围。它还可以作为一种温度计,其性能可允许应用在极端高温的条件下,如用于监测苛刻的发动机和发电厂的环境温度,Han说。

“我们实现了一种具有非常有效加热机制的简便地传感器结构,”Han说,他是电气和计算机工程系的副教授。“在其它设备中,加热元件和温度传感元件通常是两种不同的元件。在这里,我们已经整合到相同的微小结构中。”

在Han以前的工作中,他所设计的光纤温度传感器适用于海洋领域的传感。与新设计一样,该传感器的特征是连接到光纤末端的微小硅柱上,这种柔性玻璃丝能够以极高速度传输光信号。但是粘合硅和光纤的胶水会在华氏200度左右软化,限制了它在高温下的使用。

“随后我们有了突破,”Han说。

再次用粘合剂粘合光纤和硅柱之后,研究小组使用了一个非常热的电流电弧,基本上是一道持续的闪电一样,把另一根光纤线与柱子的另一面融合在一起。该过程同时软化另一侧的胶水,并分离了原来的光纤链,只留下新融合的结构。

从这个过程中,Han的团队通过利用两个波长的光传输到光纤中,980纳米波长的激光被硅吸收,而另一个1550纳米波长的光会通过。

由于吸收的激光会产生热量,它所具有的遥控能力能够决定装置的温度。同时,更广泛的波长进入硅中,并在硅的两端支柱的到部分反射,并开始形成干涉。这种干涉模式会随着硅的温度变化而产生变化,使有能够实现读数精确且灵敏的温度计功能。

Han和其研究员Guigen Liu一起进行这项设计,后者是电气和计算机工程博士后研究员,表示设备具有产生广泛的波长的能力,基于他们的这种设备可实现在远红外范围内与这些波长相互作用的气体监测。并且可以衡量和调整其温度,Han说,使得这种设备具有多功能性,与现有的微型加热器相比有很大的优势。

“我们还有很多工作要做,使这种设备更好,”他说。“这是一个非常有前途的技术,将来会有很多令人兴奋的应用。”

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