CN101520409A - D形光纤消逝场化学传感器 - Google Patents

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Inventor
吴一辉
庄须叶
王淑荣
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Abstract

本发明提出一种用于医疗、环境监控、食品安全卫生等检测量的D形光纤消逝场化学传感器，由光源和依次连接的聚焦透镜组、第一裸光纤转换器、传感部分被置于样品池中的直通式D形消逝场传感光纤、第二裸光纤转换器、光电信号采集器组成，其D形消逝场传感光纤的传感部分为横截面呈半圆形的半圆柱体，其光纤芯的平面部分作为传感面。本发明的D形传感光纤激发的消逝场能量高、有效作用面积大，消逝场能量不需要穿过预留的光纤包层，可以直接与被测物质作用，大大提高了传感器的灵敏度；结构简单，使用操作方便，便于小型化和集成化。

Description

D形光纤消逝场化学传感器
技术领域
本发明属于用于医疗、环境监控、食品安全卫生等方面的测量仪器，具体涉及一种D形光纤消逝场化学传感器。
背景技术
光纤消逝场化学传感器利用光在光纤内以全内反射方式传播时在传感光纤所处的介质内产生的消逝场与处在消逝场穿透范围内的待测物质发生相互作用，引起能量的吸收，反映为光纤输出光强的降低，从而实现对待测物质浓度的检测。
少模传感光纤激发的消逝场能量相对较高，基于少模光纤的消逝场传感器灵敏度高，但因传感光纤直径相对很小，制约了其抗冲击能力，传感器的刚性相对较差，易损害。D形光纤消逝场化学传感器具有结构刚性好，抗冲击能力强，寿命长等优点。但传统的D形光纤消逝场化学传感器灵敏度较低，根据文献[B.Culshaw，F.Muhammad.Evanescent wave methane detection usingoptical fibers(光纤消逝波甲烷传感器).Electronics Letters，1992，628(24)：2232-2234和G.Stewarta，W.Jinb，B.Culshaw.Prospects for fibre-opticevanescent-field gas sensors using absorption in the near-infrared(红外吸收光纤消逝场气体传感器前景展望).Sensors and Actuators B，1997，38：42-47]报道，在相同的光程条件下，其灵敏度仅有直接探测方法灵敏度的千分之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进结构的D形光纤消逝场化学传感器，以大大提高其传感灵敏度。
本发明D形光纤消逝场化学传感器，由光源和依次连接的聚焦透镜组、第一裸光纤转换器、传感部分被置于样品池中的直通式D形消逝场传感光纤、第二裸光纤转换器、光电信号采集器组成，其所述的D形消逝场传感光纤的传感部分为横截面呈半圆形的半圆柱体，其光纤芯的平面部分作为传感面。
为了增强消逝场能量在待测物质中的散射，在所述的光纤芯传感面上还加工有半球形或半椭圆球形纳米尺寸的颗粒凸起。
本发明的工作原理是：
光源发出的光，经过透镜组聚焦到第一裸光纤转接器上，将光耦合进入D形消逝场传感光纤中。由于D形消逝场传感光纤的传感部分在样品池中，当D形消逝场传感光纤激发的消逝场与样品池中的待测物质发生作用后，该光发生变化，成为携带被测物质信号的光。携带被测物质信号的光，经过第二裸光纤转接器输入到光电信号采集器中。光电信号采集器根据光源发出的光与携带被测物质信号的光的光强变化数值，实现对被测物质的测量。
本发明的核心部件是D形消逝场传感光纤。D形消逝场传感光纤的传感部分为横截面呈半圆形的半圆柱形，即所称的D形。D形消逝场传感光纤仅在其弧面上有光纤包层，光纤芯的平面部分是传感面，也称上表面。被测物质直接与D形消逝场传感光纤的上表面即传感面接触，避免了消逝场能量在穿透光纤包层时在包层内的耦合损失。
为了进一步增强消逝场能量在待测物质中的散射，在D形消逝场传感光纤的上表面上，加工有纳米颗粒凸起，纳米颗粒的形状可以为半球形或半椭圆球形。可大大增加D形消逝场传感光纤的传感面与被测物质的有效作用面积。纳米颗粒对D形消逝场传感光纤激发的消逝场能量产生散射作用，诱使更多的能量与被测物质相互作用，因此大大提高了传感器的灵敏度。
D形消逝场传感光纤的上表面上的纳米颗粒是利用除去材料的方法直接在半圆柱形光纤上加工出来的，与D形消逝场传感光纤成为一体，结合牢固。并将D形消逝场传感光纤深埋于样品池中的结构，大大增强了传感器抗冲击的能力，传感器刚度大，使用寿命长。直通式的D形消逝场传感光纤，集信号传感和信息传递于一体，大大简化了光路结构，光路布置灵活度高。
本发明的D形消逝场传感光纤，激发的消逝场能量高，有效作用面积大，消逝场能量不需要穿过预留的光纤包层，可以直接与被测物质作用，大大提高了传感器的灵敏度。以及将D形消逝场传感光纤深埋于样品池基底的方式，增强了传感器的刚度，且直通式的传感光纤减少了光学分离器件，简化了光路，传感器的结构简单，使用操作方便，便于小型化和集成化。
附图说明
图1是本发明D形光纤消逝场化学传感器的结构示意图：
图2是图1中所示D形消逝场传感光纤4的横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明光纤消逝场化学传感器的结构作进一步详细说明。
实施例1
参照图1、2，一种D形光纤消逝场化学传感器，由光源1和依次连接的聚焦透镜组2、第一裸光纤转换器3、传感部分被置于样品池5中的直通式D形消逝场传感光纤4、第二裸光纤转换器6、光电信号采集器7组成，所述的D形消逝场传感光纤4的传感部分为横截面呈半圆形的半圆柱体，其光纤芯400的平面部分作为传感面401。
图中：403为光纤包层。
为了增强消逝场能量在待测物质中的散射，在所述的光纤芯传感面401上还加工有半球形或半椭圆球形纳米尺寸的颗粒凸起402。
本实施例具体结构参数如下：
光源1为波长632.8nm的He-Ne激光器，输出功率1.8mW。聚焦透镜组2采用一个数值孔径为0.25的显微镜物镜。D形消逝场传感光纤4为多模石英光纤，光纤的芯径62.5um，包层直径125um，全长30cm，传感部分长12mm，研磨深度62.5um，等于光纤的芯径。纳米颗粒为半椭圆球形结构，其底面截面圆的直径100nm，半椭圆球的短半轴长30nm。光电信息采集器7为微型光纤光谱仪，波长范围400-800nm。
如图1所示，光源1发出的光经过透镜组2汇聚后，聚焦到第一裸光纤转接器3上，耦合进入表面纳米颗粒增强的D形消逝场传感光纤4中。D形消逝场传感光纤4与样品池5中的被测物质401发生作用，产生能量的吸收。此时，D形消逝场传感光纤4传输的是携带待测物质信息的光，经过第二裸光纤转接器6耦合进入光电信号采集器7中。光电信号采集器7将携带被测物质信息的光转换为电信号，输入电脑中进行数据处理，从而测量出被测物质溶液的浓度。
被测物质溶液加入到样品池5中，待反应结束后，把被测物质溶液排出样品池5，对D形消逝场传感光纤4进行冲洗和擦拭，可继续下一次测量。当D形消逝场传感光纤4已达到使用寿命时，直接将D形消逝场传感光纤4连同样品池5从第一裸光纤转接器3和第二裸光纤转接器6上取下来，换成另一根D形消逝场传感光纤4进行测量，操作简单。
采用本D形光纤消逝场化学传感器检测亚甲基蓝浓度，最低测量浓度在10-7mol/L数量级。完成一次测试的时间少于15分钟。
实验证明，相同光程长度条件下测量亚甲基蓝浓度时，本发明传感器的灵敏度是直接探测方法的灵敏度的1.2倍，是背景文献中所述D形光纤传感器的灵敏度的1000多倍。

Claims (2)

1.一种D形光纤消逝场化学传感器，由光源(1)和依次连接的聚焦透镜组(2)、第一裸光纤转换器(3)、传感部分被置于样品池(5)中的直通式D形消逝场传感光纤(4)、第二裸光纤转换器(6)、光电信号采集器(7)组成，其特征在于，所述的D形消逝场传感光纤(4)的传感部分为横截面呈半圆形的半圆柱体，其光纤芯(400)的平面部分作为传感面(401)。
2.根据权利要求1所述的D形光纤消逝场化学传感器，其特征在于，在所述的传感面(401)上还加工有半球形或半椭圆球形纳米纳米尺寸的颗粒凸起(402)。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846621A (zh) * 2010-05-17 2010-09-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 无标泄漏模光纤消逝场生物传感器系统及光纤制作方法
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CN107132201A (zh) * 2017-07-12 2017-09-05 广西师范大学 激光式远程ph值监测装置
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Cited By (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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