基于TRIZ理論的單模光纖錐角結構SPR微傳感器探討

魏勇 張竟原 劉春蘭 趙嫦欣

【摘要】為了解決SPR傳感器中棱鏡型SPR傳感器系統體積龐大、光纖型SPR傳感器穩定性不足、靈敏度低的問題，本文利用TRIZ理論中的創新分析方法，設計出一種結構簡單、靈敏度高的單模光纖錐角結構的SPR傳感器。

【關鍵詞】TRIZ理論；創新設計

一、市場中SPR傳感器存在的問題

（1）使用棱鏡式SPR傳感器裝置復雜性較高；（2）使用多模光纖SPR傳感器靈敏度較低；（3）使用單模側拋型光纖SPR傳感器結構穩定性不足。

二、使用TRIZ工具解決問題

對于上述問題，所提出的問題（2），將多模光纖替換為單模光纖，可提高傳感器的靈敏度，故可將問題的重心放在問題（1）與問題（3）。基于此，我們利用“特性傳遞”工具，對問題的具體分析如下。

一是識別系統的主要功能。單模光纖型SPR傳感器的主要功能是檢測折射率不同的溶液。

二是分析系統的優缺點。系統的優點是成本低，結構簡單，即裝置的復雜性低，缺點是存在著加工制作困難，普通單模光纖加工后傳感區過細，使用時易折斷的問題，即結構的穩定性較低。

三是確定競爭系統。可用用來檢測折射率不同的溶液的裝置有：棱鏡式SPR傳感器、多模光纖型SPR傳感器、光柵耦合式SPR傳感器等。

四是尋找備選系統。我們這里選擇系統結構穩定性較高的棱鏡式SPR傳感器，如圖1所示，單模光纖側拋型SPR傳感器與棱鏡式SPR傳感器的優缺點對比如表1所示。

五是確定基礎系統。由于我們的目標是設計一種靈敏度較高且結構簡單的光纖型SPR傳感器，故選擇單模光纖側拋型SPR傳感器作為基礎系統。……