CN101672782A - 一种塑料光纤二氧化硫传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑料光纤二氧化硫的传感器及其制备方法。该传感器基于荧光猝灭原理，传感头为被剥去护套的双锥形塑料光纤，双锥形塑料光纤的外壁用提拉法涂覆对二氧化硫敏感的稠环芳烃蒽敏感材料，光源发出的光首先经过一个带通滤光片然后耦合到塑料光纤中，置于气室中的双锥形塑料光纤传感头检测到气室中的二氧化硫烟气后，塑料光纤输出的荧光经高通滤光片后进入光电倍增管接收，从而实现二氧化硫的检测。此传感器具有检测速度快、工作性能稳定、高精度、使用寿命长、低成本等优点。

Description

一种塑料光纤二氧化硫传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备方法，特别涉及一种塑料光纤二氧化硫传感器及其制备方法。

背景技术

二氧化硫是大气中最主要的污染物之一。空气中的二氧化硫以气体形式存在，无色但有刺激性，对人体呼吸器官有很强的毒害作用。如果二氧化硫遇到水汽形成硫酸雾，可长期滞留在大气中，毒性比气体二氧化硫强十倍左右；或随降雨降落到地面形成酸雨，严重腐蚀金属制品及建筑物。近年来，随着工业现代化的发展和人民生活水平的提高，对石油和煤炭燃料的需求量不断提高，有愈来愈多的二氧化硫气体排放到大气当中，给人民生活和工农业生产带来日益严重的危害。

目前用于检测二氧化硫气体浓度的方法主要有电化学法、化学分析法和各种光谱分析法等。但这些方法有许多不足之处，有的需要较长的反应时间，不具备实时性，很难适应在线监测的需求；有的需要较多的试剂或干扰比较严重。而市场上比较成熟的二氧化硫气体浓度检测仪主要是基于电化学传感器原理制成的，这种仪器或其关键器件-电化学传感器多数是依靠进口，每套仪器价格昂贵，而且由于没有国内技术支持，每套每年的维护费用不菲。这不利于我国环保仪器技术和环保产业的发展。为此，寻求性价比高的测量二氧化硫方法具有重大的现实意义。本发明针对传统二氧化硫检测器的不足，提出一种基于荧光猝灭原理的用于大气中二氧化硫检测的传感器，该传感器具有检测速度快、工作性能稳定、高精度、使用寿命长、低成本等优点。

发明内容

本发明目的是针对现有二氧化硫传感器不具备实时性、污染严重等缺点，提出一种检测速度快、工作性能稳定、高精度、使用寿命长、低成本等优点的塑料光纤二氧化硫传感器及其制备方法。

本发明的技术原理

基于荧光猝灭原理，二氧化硫对一些荧光物质的荧光具有猝灭作用，从而导致其荧光强度的降低和荧光寿命的缩短。荧光的强度或寿命与二氧化硫浓度的关系可用Stern-Volmer方程来描述：

$\frac{I_0}{I}=\frac{{\mathrm{\τ}}_0}{\mathrm{\τ}}=1+K\left[Q\right]---\left(1\right)$

式中：I₀，I，τ₀，τ分别为无二氧化硫和有二氧化硫条件下的荧光指示剂的荧光强度和寿命；[Q]为二氧化硫的浓度；K为Stern-Volmer常数，为固定值。实验中测出无二氧化硫和有二氧化硫下的荧光强度，根据Stern-Volmer方程即可测定二氧化硫的浓度。采用测量荧光强度的方法直接测量二氧化硫浓度，具有实验装置简单，不需复杂的数据处理程序等优点。

本发明的技术方案

一种塑料光纤二氧化硫的传感器

一种塑料光纤二氧化硫的传感器，包括发光二极管1，带通滤光片2，气室3，传感头4，高通滤光片5，光电倍增管6，所述的传感头4为被剥去护套的双锥形塑料光纤，双锥形塑料光纤的外壁上涂覆有对二氧化硫敏感的稠环芳烃蒽敏感材料，光源1发出的光首先经过一个带通滤光片2然后耦合到双锥形塑料光纤传感头4中，置于气室3中的双锥形塑料光纤传感头4检测到气室3中的二氧化硫烟气后，双锥形塑料光纤传感头4输出的荧光经高通滤光片5后进入光电倍增管6接收。

塑料光纤二氧化硫的传感器的方法，包括如下制备步骤：

(1)、溶胶-凝胶敏感材料的制备

将体积比为1∶3∶1∶0.55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、酒精、0.03mol/l的盐酸水溶液依次倒入烧瓶中配成溶液，然后将荧光物质蒽加入溶液中，使其在溶液中的浓度为2mg/ml，将配好的溶液在50℃水浴条件下搅拌6h即得到透明的含敏感材料溶胶-凝胶溶液；

(2)、双锥形塑料光纤传感头4的制备

将塑料光纤放置于酒精灯的上方，将塑料光纤加热至？～？℃，然后用双手将塑料光纤向两侧拉伸，即可形成双锥形塑料光纤传感头4；

(3)、双锥形塑料光纤传感头4外部敏感材料的涂覆

将步骤(2)所得的双锥形塑料光纤传感头4用提拉法涂上敏感材料，即将双锥形塑料光纤放置于步骤(1)的含敏感材料溶胶-凝胶溶液中，停留3～5S后提起，即得外部涂覆敏感材料的双锥形塑料光纤传感头4；

(4)、二氧化硫传感装置的搭建

将LED发出的光经带通滤光片2后采用端面耦合的方法进入双锥形塑料光纤传感头4，将双锥形塑料光纤传感头4放置于气室3中，双锥形塑料光纤传感头4发出的荧光进入高通滤光片5后进入光电倍增管6。

本发明的塑料光纤二氧化硫的传感器，可用于大气中污染物二氧化硫的检测。

本发明的有益效果

本发明解决了现有二氧化硫传感器不具备实时性、污染严重等缺点，提出一种基于荧光猝灭原理的用于大气中二氧化硫检测的传感器，该传感器具有检测速度快、工作性能稳定、高精度、使用寿命长、低成本等优点。

附图说明

图1，双锥形塑料光纤传感头实物照片

图2，塑料光纤二氧化硫传感装置示意图

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种塑料光纤二氧化硫的传感器

一种塑料光纤二氧化硫的传感器，包括发光二极管1，带通滤光片2，气室3，双锥形塑料光纤传感头4，高通滤光片5，光电倍增管6，所述的传感头4为被剥去护套的双锥形塑料光纤，双锥形塑料光纤的外壁上涂覆有对二氧化硫敏感的稠环芳烃蒽敏感材料，光源1发出的光首先经过一个带通滤光片2然后耦合到双锥形塑料光纤传感头4中，置于气室3中的双锥形塑料光纤传感头4检测到气室3中的二氧化硫烟气后，双锥形塑料光纤传感头4输出的荧光经高通滤光片5后进入光电倍增管6接收，最终通过Stern-Volmer方程来计算检测到的二氧化硫浓度。

塑料光纤二氧化硫的传感器的方法，包括如下制备步骤：

(1)、溶胶-凝胶敏感材料的制备

将体积比为1∶3∶1∶0.55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、酒精、0.03mol/l的盐酸水溶液依次倒入烧瓶中配成溶液，然后将荧光物质蒽加入溶液中，使其在溶液中的浓度为2mg/ml，将配好的溶液在50℃水浴条件下搅拌6h即得到透明的含敏感材料溶胶-凝胶溶液；

(2)、双锥形塑料光纤传感头4的制备

将塑料光纤放置于酒精灯的上方，将塑料光纤加热至120℃，然后用双手将塑料光纤向两侧拉伸，即可形成双锥形塑料光纤传感头4；

(3)、双锥形塑料光纤传感头4外部敏感材料的涂覆

将步骤(2)所得的双锥形塑料光纤传感头4用提拉法涂上敏感材料，即将双锥形塑料光纤放置于步骤(1)的含敏感材料溶胶-凝胶溶液中，停留5S后提起，即得外部涂覆敏感材料的双锥形塑料光纤传感头4；

(4)、二氧化硫传感装置的搭建

将LED发出的光经带通滤光片2后采用端面耦合的方法进入塑料光纤传感头，将传感头放置于气室3中，双锥形塑料光纤传感头4发出的荧光进入高通滤光片5后进入光电倍增管6。

Claims (2)

1、一种塑料光纤二氧化硫的传感器，包括发光二极管(1)，带通滤光片(2)，气室(3)，传感头(4)，高通滤光片(5)，光电倍增管(6)，其特征在于所述的传感头(4)为被剥去护套的双锥形塑料光纤，双锥形塑料光纤的外壁上涂覆有对二氧化硫敏感的稠环芳烃蒽敏感材料，光源(1)发出的光首先经过一个带通滤光片(2)然后耦合到双锥形塑料光纤传感头(4)中，置于气室(3)中的双锥形塑料光纤传感头(4)检测到气室(3)中的二氧化硫烟气后，双锥形塑料光纤传感头(4)输出的荧光经高通滤光片(5)后进入光电倍增管(6)接收。

2、一种制备如权利要求1所述的塑料光纤二氧化硫的传感器的方法，其特征在于包括如下制备步骤：

(1)、溶胶-凝胶敏感材料的制备

将体积比为1∶3∶1∶0.55的正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷、酒精、0.03mol/l的盐酸水溶液依次倒入烧瓶中配成溶液，然后将荧光物质蒽加入溶液中，使其在溶液中的浓度为2mg/ml，将配好的溶液在50℃水浴条件下搅拌6h即得到透明的含敏感材料溶胶-凝胶溶液；

(2)、双锥形塑料光纤传感头(4)的制备

将塑料光纤放置于酒精灯的上方，将塑料光纤加热至100～120℃，然后用双手将塑料光纤向两侧拉伸，即可形成双锥形塑料光纤传感头(4)；

(3)、双锥形塑料光纤传感头(4)外部敏感材料的涂覆

将步骤(2)所得的双锥形塑料光纤传感头(4)用提拉法涂上敏感材料，即将双锥形塑料光纤放置于步骤(1)的含敏感材料溶胶-凝胶溶液中，停留3～5S后提起，即得外部涂覆敏感材料的双锥形塑料光纤传感头(4)；

(4)、二氧化硫传感装置的搭建

将LED发出的光经带通滤光片(2)后采用端面耦合的方法进入塑料光纤传感头(4)，将双锥形塑料光纤传感头(4)放置于气室(3)中，双锥形塑料光纤传感头(4)发出的荧光进入高通滤光片(5)后进入光电倍增管(6)。

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