暨南大学研发新型光纤传感器，实现高精度原位表面浊度监测
在水产养殖水质管控、环境污染物检测、电池老化评估及食品加工等领域，液体中悬浮固体颗粒的含量（即浊度）是反映流体质量与过程控制的关键指标。传统浊度检测技术如声学法、光学遥感法、荧光法等虽在工业中应用广泛，但受限于检测环境，难以在偏远区域或复杂场景中稳定运行，且易受温度、气压等外界因素干扰。近日，暨南大学郭团教授团队提出的基于倾斜光纤布拉格光栅（TFBG）的原位表面浊度传感器，为解决该难题提供了创新性方案，相关成果发表于《OpticsLetters》期刊。
一．突破传统：从“整体测量”到“表面精准监测”
传统浊度测量技术多针对液体整体的浑浊程度，而在诸多实际场景中，如电池电解液与电极界面的颗粒变化、食品加工管道内壁的杂质附着等，更需要精准捕捉**表面局部浊度**。郭团团队研发的TFBG传感器恰好填补了该空白。
该传感器的核心在于倾斜光纤布拉格光栅独特的光学特性。其透射光谱呈现出精细的窄带包层共振梳状结构，当光纤表面附着微粒时，包层模与微粒会产生局域光散射，导致共振峰振幅发生衰减。研究表明，这种散射效应与颗粒大小存在密切关联：当颗粒直径远小于入射光波长时，以瑞利散射为主；当颗粒尺寸与波长相当（约1.5μm）时，米氏散射占主导地位，此时传感器灵敏度达到峰值水平。
二．创新方法：光谱面积法提升检测精度
为实现对浊度变化的量化，团队提出了“光谱面积询问法”——通过计算传感器包层模光谱变化的总和，实现对浊度的精确量化。实验数据显示，该方法能够建立TFBG光谱特性、浊度与颗粒尺寸之间的明确对应关系，且测量结果具有优异的重复性，非线性回归拟合度高达99.9%。
更值得关注的是，该传感器利用芯模对周围介质散射和吸收不敏感、仅对温度敏感的特性，巧妙实现了**与温度无关的浊度测量**，有效规避了环境温度波动对检测结果的干扰影响，这一特性使其在工业现场监测中具备显著的应用优势。
三．实验验证：精准控制确保检测可靠性
研究团队搭建了包含微流控管、宽带光源、光谱分析仪的实验系统平台，通过优化微流控管内径（0.5mm）和蠕动泵转速（35.4rpm），确保浊度溶液实现均匀混合，避免气泡和颗粒沉淀对实验结果产生影响。在对15nm至20μm不同粒径的二氧化硅悬浮液测试中，传感器呈现出清晰的响应规律：光谱包络面积随浊度升高而减小，且在颗粒尺寸接近1.5μm入射光波长时，灵敏度达到最大值。
四．应用前景广阔，助力多领域技术升级
这种紧凑型光纤传感器兼具低侵入性、抗电磁干扰、耐化学腐蚀等优势，可集成于微流控系统中实现原位、连续监测。在水产养殖领域，可实时监测养殖水体表面藻类或残饵颗粒的变化；在新能源领域，能够追踪电池电解液界面的颗粒动态，预判电池的老化状态；在食品工业领域，可精准管控生产流体内壁的杂质附着，保障产品的质量安全。
该技术突破了传统浊度检测技术的局限，为复杂环境下的表面浊度监测提供了全新的技术范式，有望推动环境监测、工业过程控制等领域的技术升级与发展。
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