微型溫度計加熱裝置問世 可監(jiān)測苛刻環(huán)境溫度

 “它就像一個小型熔爐。”工程師Ming Han這樣描述他的團隊的最新一項研究發(fā)現(xiàn)，利用激光加熱硅尖光纖設(shè)備，可以實現(xiàn)接近2000華氏攝氏度的高溫，一秒鐘時間即可以實現(xiàn)從室溫升高到300度的高溫。

 由于其體積“微小”，這種設(shè)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(huán)境監(jiān)測，包括檢測溫室氣體到用于生物標(biāo)本研究應(yīng)用領(lǐng)域如生產(chǎn)用于醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)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(yīng)用在極端高溫的條件下，如用于監(jiān)測苛刻的發(fā)動機和發(fā)電廠的環(huán)境溫度，Han說。

 “我們實現(xiàn)了一種具有非常有效加熱機制的簡便地傳感器結(jié)構(gòu)，”Han說，他是電氣和計算機工程系的副教授。“在其它設(shè)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(jīng)整合到相同的微小結(jié)構(gòu)中。”

 在Han以前的工作中，他所設(shè)計的光纖溫度傳感器適用于海洋領(lǐng)域的傳感。與新設(shè)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(xù)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(cè)的膠水，并分離了原來的光纖鏈，只留下新融合的結(jié)構(gòu)。

 從這個過程中，Han的團隊通過利用兩個波長的光傳輸?shù)焦饫w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(chǎn)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(chǎn)生變化，使有能夠?qū)崿F(xiàn)讀數(shù)精確且靈敏的溫度計功能。

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

“我們還有很多工作要做，使這種設(shè)備更好，”他說。“這是一個非常有前途的技術(shù)，將來會有很多令人興奮的應(yīng)用。”