本發明屬于傳感及檢測技術領域，特別涉及一種基于光纖SPR傳感的具有擴展功能的光纖SPR復用傳感解調裝置及方法。
背景技術：
SPR(表面等離子體共振)現象是一種發生在金屬與電介質界面的物理光學現象。金屬表面的自由電子在光線的照射時會偏離原來的平衡位置，從而形成周期性的間歇震蕩波，即表面等離子體波(SPW)。當入射光的波矢與表面等離子體波矢滿足相位匹配條件時，二者產生共振，就會產生表面等離子體共振也就是SPR現象。此時入射光的能量將會大量的耦合到表面等離子體，透射光強發生顯著的減弱。由于SPR對附著在金屬表面的電介質的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，利用SPR傳感器的透射光譜可以實時跟蹤電介質折射率的變化，進而檢測出折射率不同的物質。光纖SPR傳感技術是將光纖與SPR有效結合的一種新技術。光纖SPR傳感器采用光纖作為載體，跟傳統的棱鏡型SPR傳感器相比，其優勢主要體現在：小型化、無標記、耗樣量少，以及可實現遠距離實時檢測。目前用于各類生物試劑檢測的光纖SPR傳感器種類非常多，但是已有的SPR傳感器在檢測時每次只能檢測一種物質，單位耗時長，檢測效率低。
20世紀中葉以來生物醫學的迅猛發展，各類生物醫學問題逐漸成為研究熱點，其中生物試劑的檢測是研究的重點之一。目前已經發展成熟且被廣泛使用的生物傳感檢測方法，所需要的前期處理工序較多、測量結果常引入人為因素、檢測手段耗時較長且一般需要對樣品進行標記，這些都阻礙了生物醫學的進一步發展。與傳統生物醫學檢測手段相比，光纖SPR傳感技術具有實時檢測、無標記、耗樣量少等特點，在生物傳感、檢測方面越來越受到重視。除此以外，光纖SPR技術還可廣泛用于環保、生化、醫學、生命科學研究等。
目前光纖SPR技術尚處于起步階段，并且利用光纖SPR傳感器對多種生物化學試劑進行檢測時一般是采用單個光源與單個光纖SPR傳感器對待測試劑逐一進行傳感檢測，耗時較多，檢測結果難以相互比較。因此實現多種待測介質的復用傳感檢測，可以大幅度的提高檢測效率，從而更廣泛的應用于全社會。
技術實現要素：
本發明目的是解決現有的光纖SPR傳感檢測裝置每次一般只能檢測一種待測物、單位耗時較長、檢測效率低下的問題。為了更好的實現市場化應用，更少的占用光源、光譜分析儀等硬件資源，本發明提供了一種具有擴展功能的光纖SPR復用傳感解調裝置及方法。利用激光分束器以及濾光片技術，避免了多個光路之間的波段重疊、相互干擾現象，將三個或者多個光纖SPR傳感器進行組合，從而實現三個或者三個以上的待測介質的同時傳感檢測。
為了解決上述技術問題，本發明提出的一種光纖SPR復用傳感解調裝置，包括：
光源：采用鹵鎢燈寬帶光源；
分束器：用于將光源發出的光分成三束同等光強的光；
濾光片：包括三個中心波長不同的第一濾光片、第二濾波器和第三濾波器，將光源發出的光分成不同波段的光，且三者透射光譜之間彼此沒有重疊；
光纖SPR傳感器：包括三個共振特征波長值及SPR共振峰不同的第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器用于分別進行多個被測物質折射率的同時傳感；
合束器：用于將多個擁有不同波長的光進行合束，成為一束光并輸出；
光譜分析儀：集信息采集，處理，存儲諸功能于一體，用于實時顯示不同波長對應的光強信息；
計算機：對光譜分析儀采集到的光譜信息進行實時顯示和解調處理，同時獲得被測物質的折射率信息。
利用上述光纖SPR復用傳感解調裝置的解調方法，包括以下步驟：
光源發出的光束經過分束器后被分成三束等光強的光束；所述三束等光強的光束再分別通過三個中心波長不同、光譜互不重疊的第一濾光片、第二濾波片和第三濾波片，從而形成擁有不同波段的三束彼此獨立的光束；
所述三束彼此獨立的光束作為獨立的輸入光源分別通過三個不同的第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器，利用第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器分別檢測三種不同的被測物質，并將物質的折射率信息轉化為光學信號；
通過上述第一光纖SPR傳感器、第二光纖SPR傳感器和第三光纖SPR傳感器的三束光經合束器合束后重新合為一束光并輸入光譜分析儀，所述光譜分析儀將采集到的不同波長的光強信息輸送至計算機，通過計算機實現不同波長對應光強信息的解調獲得三種不同物質的折射率信息，從而實現了通過一種光源同時進行三種被測物質的同時傳感檢測。
針對上述光纖SPR復用傳感解調裝置的功能擴展方法是，通過增加分束器和合束器的端口數量，從而擴展復用通道數，每個復用通道均分別布置一個濾光片和一個光纖SPR傳感器，所有濾光片的透射光譜不重疊。其中，分束器和合束器的端口數量取決于寬帶光源的光譜范圍和濾光片的帶寬大小。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
與傳統的光纖SPR傳感檢測裝置及方法不同，本發明裝置使用了激光分束器以及濾波片，采用三個(也可以擴展為更多)光纖SPR傳感器來實現多種物質的同時檢測，有效的提高了傳感檢測的效率，并減少了對光源、光譜儀等硬件設施的占用。
附圖說明
圖1是具有擴展功能的光纖SPR復用傳感解調裝置的原理圖。
圖中：1是光源，2是分束器，3是第一濾光片，4是第二濾光片，5是第三濾光片，6是第一光纖SPR傳感器，7是第二光纖SPR傳感器，8是第三光纖SPR傳感器，9是合束器，10是光譜分析儀，11是計算機。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，并不用以限制本發明。
本發明提出了一種光纖SPR復用傳感解調裝置，如圖1所示，該裝置是基于光纖SPR傳技術，通過多個光纖SPR傳感器的復用傳感解調而同時得到不同待測介質的信息。該裝置包括：光源1、分束器2、濾光片、光纖SPR傳感器、合束器9、光譜分析儀10和計算機11；其中，光源1采用鹵鎢燈寬帶光源；分束器2用于將光源發出的光分成三束同等光強的光；本發明中的濾光片包括三個中心波長不同的第一濾光片4、第二濾波器4和第三濾波器5，將光源發出的光分成不同波段的光，且三者透射光譜之間彼此沒有重疊；本發明中的光纖SPR傳感器包括三個共振特征波長值及SPR共振峰不同的第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器8用于分別進行多個被測物質折射率的同時傳感；合束器9用于將多個擁有不同波長的光進行合束，成為一束光并輸出；光譜分析儀10集信息采集，處理，存儲諸功能于一體，用于實時顯示不同波長對應的光強信息；計算機11對光譜分析儀采集到的光譜信息進行實時顯示和解調處理，同時獲得被測物質的折射率信息。
采用上述光纖SPR復用傳感解調裝置的解調方法包括以下步驟：
光源1為鹵鎢燈寬帶光源，光源1發出的光束經過分束器2后，被分成三束彼此獨立的等光強的光束；所述三束等光強的光束再分別通過三個中心波長不同、光譜互不重疊即擁有不同濾光特性的的第一濾光片3、第二濾波片4和第三濾波片5，經過濾光片濾光作用后，這三個光束中光就在波段上被分開，從而形成擁有不同波段的三束彼此獨立的光束繼續向前傳輸；
所述三束彼此獨立的光束作為獨立的輸入光源分別通過三個不同的第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7，此時這個三個光束中均可以獨立的進行物質的傳感檢測，此時待測物質的濃度信息將被轉化為光學信號而由光束攜帶；當利用第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7分別檢測三種不同的被測物質時，可將其濃度信息通過物質的折射率變換信息轉化為光學信號；
通過上述第一光纖SPR傳感器6、第二光纖SPR傳感器7和第三光纖SPR傳感器7的三束光經合束器9合束后重新合為一束光，經過傳輸后進入光譜分析儀10，由光譜分析儀10來對入射的光束信息進行采集和不同波長對應的光強信息的分析。并輸入光譜分析儀10，所述光譜分析儀10將采集到的不同波長的光強信息輸送至計算機11，計算機11已安裝有相應的軟件和程序，可以對光譜分析儀10輸出的光譜信息進行實時的顯示，利用計算機軟件程序對SPR共振吸收光譜數據即光強-波長曲線重新解調處理后，就可以同時獲得被測的三種物質的折射率信息。
本發明實現了使用同一光源及裝置可以同時進行三種被測物質的同時傳感檢測，并且通過對同一光譜的解調，可同時獲得三種不同物質的折射率信息。
本發明光纖SPR復用傳感解調裝置可以進行復用擴展。當增加分束器和合束器的端口數量時，能夠擴展裝置的復用通道數，每個復用通道可以放置一個濾光片和一個光纖SPR傳感器，其中新增濾光片的透射光譜應與已有濾光片的透射光譜不重疊。本裝置可具有持續擴展能力，但擴展規模受限于寬帶光源的光譜范圍和濾光片的帶寬大小。
另外，以上裝置中的檢測光路可以由三路擴展為更多路，也就是說分束器在進行分光時將光分為更多束，同樣的在每一路中分別接入一個光纖SPR傳感器，這樣就可以實現更多種物質的同時傳感檢測。
實施例：將本發明光纖SPR復用傳感解調裝置用于同時檢測三種生物試劑濃度，將三個光纖SPR傳感器，分別置于三種濃度未知的生物試劑中時，按照本發明中提供的解調方法可實現這三種試劑折射率的同時檢測。最終通過計算機軟件程序對光譜數據重新解調處理后，就可以同時獲得被測的三種生物試劑的濃度信息。
盡管上面結合附圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。