一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器的製作方法
2023-07-06 05:40:06
專利名稱：一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於光纖傳感技術領域，具體涉及一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的PH值傳感器。
背景技術：
pH值是表示溶液中氫離子濃度的一種標準，也是人們常用的溶液酸鹼程度的衡量標準。測量和控制pH值在生物醫學診斷、臨床醫學、環境科學、工程建築和工農業生產等領域都具有現實而重要的意義。例如，在海水和天然水中，pH值和水中的生物或化學過程有著極為密切的關係，通過監控可以迅速了解到大氣、生物與水之間的相互關係；在生物醫學上，活體血液的pH值一般處於6. 0-8. O之間，一旦出現pH值的大幅度波動，就有可能出現活體的生理病狀；在農業生產中，控制土壤的PH值使之適應所生長的植物的酸鹼環境，有利於產生高效的農作物；在工業中，使用pH計監測生產過程中處理的汙水，保證汙水的排放安全等。光纖傳感器具有抗電磁幹擾、易微型化、耐腐蝕、測量精度高、適於易燃易爆環境下使用以及遠距離穩定傳感等優點。目前，基於光纖的PH值傳感器大量湧現，缺點是不能解決環境溫度和光源波動弓I起的交叉敏感效應。一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器採用刻有傾斜光纖光柵的單模光纖與標準單模光纖束腰放大熔接所得，製作簡單，成本低廉。本發明就是在傾斜光纖光柵上塗覆一層PH敏感膜來實現pH值的傳感。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器，以解決光纖PH值傳感器溫度引起的交叉敏感效應。所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器，其特徵是包括寬帶光源、1X2光纖耦合器、束腰放大熔接點、傾斜布拉格光纖光柵、pH敏感膜、光電二極體和數據處理模塊，傾斜布拉格光纖光柵與標準的單模光纖束腰進行放大熔接，構成傳感裝置的傳感探頭，所述的I X 2光纖耦合器a端其中一根光纖與自發輻射寬帶光源相連，b端與傳感探頭相連，a端另一根光纖與光電二極體相連,光電二極體與數據處理模塊的輸入端相連。所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器,其特徵在於所述的傾斜布拉格光纖光柵是刻蝕在載氫的光敏單模光纖上製成的，光柵周期約為1070nm,柵區長度為3-5cm，光柵條紋與光纖軸線夾角約為3° -8°。所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器,其特徵在於所述的束腰放大熔接點可將反射包層模放大耦合到纖芯中傳輸。所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器,其特徵在於所述的PH敏感膜是由無毒的聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)熱交聯的水凝膠。
本發明專利的優點在於利用束腰放大熔接技術，大大提高反射包層模與芯模之間的耦合效率，從而提高了系統的測量靈敏度，傾斜光纖光柵的布拉格反射模不受PH值影響的特性，可以補償光源功率波動對測量結果的影響，同時外界溫度變化不影響反射光譜強度，測量結果不受環鏡溫度的影響。
圖1是本發明結構示意圖
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明進一步說明如圖1所示，一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器，包括寬帶光源1、1X2光纖耦合器2、束腰放大熔接點3、傾斜布拉格光纖光柵4、pH敏感膜5、光電二極體6、數據處理模塊7,所述的傾斜布拉格光纖光柵4與標準的單模光纖進行束腰放大熔接形成束腰放大熔接點3，所述的1X2光纖耦合器2的a端一根光纖與寬帶光源I相連，b端與束腰放大熔接點3相連，a端另一根光纖依次經光電二極體6與數據處理模塊7的輸入端相連，所述的PH敏感膜5塗覆在傾斜布拉格光纖光柵4的表面，該材料的折射率隨外界溶液的PH值變化而變化。本發明裝置的工作方式為寬帶光源發出的光經過1X2光纖耦合器a埠其中一根光纖輸入到1X2光纖I禹合器，由b埠輸出的光經束腰放大熔接點輸入到傾斜布拉格光纖光柵，傾斜布拉格光纖光柵反射光由布拉格反射模和一系列包層模組成，通過束腰放大熔接技術將這些包層模與芯模之間實現放大耦合，重新進入單模光纖的纖芯傳輸，反射光經I X 2光纖耦合器a埠另一根光纖輸出。傳感探頭反射回來的包層模光信號經IX 2光纖耦合器、光電二極體，將光信號轉換成模擬電信號進入數據處理模塊。PVA/PAA水凝膠的折射率受液體PH調製，數據處理模塊對光電信號進行處理，根據光電信號的幅度值與折射率的關係可以算出相應的水凝膠折射率，通過水凝膠折射率可以計算相應的PH值。本發明能夠實現pH測量的關鍵為利用束腰放大熔接技術，大大提高反射包層模與芯模之間的耦合效率，從而提高了系統的測量靈敏度，PVA/PAA水凝膠配置重量分數為15% PVA和7. 5% PAA的溶液，並在溫度為80°C下攪拌I小時，待溶解後，將PVA和PAA溶液以重量比4 I比例混合，並用去離子水稀釋成不同濃度的混合溶液，在60°C下攪拌形成透明均勻稠狀溶液，其PH值的增大使得水凝膠薄膜的折射率減小。
權利要求
1.一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的PH值傳感器，其特徵是包括自發輻射寬帶光源(1)、1X2光纖耦合器(2)、束腰放大熔接點(3)、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)、pH敏感膜(5)、光電二極體(6)和數據處理模塊(7),所述的刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)與標準的單模光纖進行束腰放大熔接，構成傳感裝置的傳感探頭，所述的1X2光纖率禹合器⑵的a端其中一根光纖與自發福射寬帶光源⑴相連，b端與傳感探頭相連，a端另一根光纖依次與光電二極體(6)相連、數據處理模塊(7)的輸入端相連,所述的pH敏感膜(5)塗覆在刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)的表面。
2.根據權利要求1所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器，其特徵在於所述的刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)是載氫的光敏光纖，光柵周期約為1070nm，柵區長度為3-5cm，光柵條紋與光纖軸線夾角約為3° -8°。
3.根據權利要求1所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器,其特徵在於所述的束腰放大熔接點(3)可將反射包層模耦合到纖芯傳輸。
4.根據權利要求1所述的一種基於傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器,其特徵在於所述的PH敏感膜(5)是由無毒的聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)熱交聯的水凝膠。
全文摘要
本發明涉及一種基於傾斜光纖光柵傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術的pH值傳感器，利用pH敏感膜的折射率受液體pH調製，反射的包層模受外界折射率的調製和布拉格反射模不受外界折射率調製，同時利用束腰放大熔接技術製成的。包括寬帶光源、耦合器、傾斜布拉格光纖光柵、pH敏感膜、光電二極體。從傾斜光纖光柵返回的包層模經束腰放大熔接後進入光纖纖芯傳輸，轉化成模擬電信號進入數據處理模塊，通過測量包層模的強度，得到pH敏感膜折射率，從而得到pH值。本發明利用外界溫度變化只影響反射光譜的波長小範圍漂移，可以有效避免溫度變化對測量的影響，同時傾斜光纖光柵的布拉格反射模不受外界折射率影響的特性，可以避免寬帶光源波動對pH測量結果的影響。
文檔編號G01N21/41GK103033489SQ201210554979
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者安佳麗, 梁厚慧, 金永興 申請人:中國計量學院