CN101982760A - 一种光纤pH计 - Google Patents

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洪小斌
刘方森
郭宏翔
伍剑
徐坤
林金桐
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Abstract

本发明提供一种基于光纤传感结构的pH计，包括光源部分、光纤传导部分、光纤传感部分和光信号接收与处理部分。光纤传感部分完成对外界环境酸碱度的感应，将外界环境酸碱度转化为传导光纤中的光谱的变化，经由光纤传输至光信号接收部分，可以精确地计算出外界环境pH值来。光纤pH计的感应部分采用光场的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一种高分子导电化合物(聚苯胺)，可重复性好。敏感薄膜厚度为微米量级，大大缩短了pH计的响应时间。而且本发明也可以作为光纤传感系统的一部分，可以完成对危险的环境变化的实时动态监测。

Description

一种光纤pH计
技术领域
本发明涉及一种光纤传感器，特别涉及一种光纤pH计。 
背景技术
光纤传感器是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。它具有：抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控等优点，并且可用于易燃易爆以及射线污染等危险环境下的检测。它拥有机械、电子等传统传感技术所无法比拟的技术优势。目前，pH计广泛应用于我们的生产生活当中。传统的检测液体PH值的方法主要有电势电极法(如玻璃膜电极)和pH试纸法。应用了电势电极法的pH计的可逆性比较好，但其劣势也很明显：反应时间长、灵敏度低、体积大，更不用说完成对恶劣环境的实时监测了。pH试纸法除了价格便宜，更是难寻其优点。 
光纤pH计是利用光纤传感原理制作出来的pH计。与传统的pH计相比，它具有极高的灵敏度、反应时间快等优点，而且还可以对恶劣环境进行远距离、实时在线检测。传统的光纤pH传感技术的核心是光纤纤芯表面敏感膜的制作，它不仅需要将光纤的包层融掉，而且还需要选择合适的敏感材料。本身将普通的光纤做成传感器件就是一件很不容易的事情，若只是在纤芯上做工艺，对其工艺的要求就更高了；而且通常选择的敏感材料的可逆性较差，限制了其发展。 
发明内容
鉴于现有光纤pH计的存在的缺陷，本发明提供一种灵敏度高、可逆性好、制作工艺简单以及能在恶劣的环境中工作的基于光场泄露模式的光纤pH计，包括光源部分101、光纤传导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。 
所述光源部分101，如图4所示，光源为工作在不同波长的激光二极管(401、404)组成，通过耦合器402将不同波长的光耦合进同一条光纤403进行传导。其不但能够提供宽谱光源，并且结构简单、价格低廉，容易实现。 
所述光纤传导102部分是采用多模光纤，将光源部分101、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104相连。 
所述光纤传感部分103是采用光场的泄露模式(包括多模光纤201和单模光纤203焊接，以及采用对多模光纤301进行拉锥)，其外面的敏感薄膜(202、302)采用的是一种高分子导电化合物(聚苯胺)。敏感膜(202、302)是直接镀在光纤的包层外面的，并没有将光纤的包层腐蚀掉。通过形成光场的泄露模式，部分光场是要通过敏感膜来传导的。当外界环境发生变化时，敏感膜的介电常数随着外界环境发生相应的变化，由此就可以改变敏感膜对光信号的传导和吸收特性，在接收端，我们通过示波器108可以明显的观察到接收光谱的变化。 
所述光信号接收与处理部分104，主要包括光谱仪108，它可以帮助我们观察到输出光场的频谱变化，从而得到外界环境pH值的变化。 
本发明的优势在光纤传感部分103结构的设计和敏感膜(202、302)的选择上。传感部分103采用光场的泄露模式，大大简化了对加工工艺的要求；敏感膜采用了高分子导电化合物，其镀膜厚度在um级，不仅具有很好的可逆性，而其大大提高了光纤pH计的响应时间。结合光纤的优点，本发明可以对恶劣环境进行实时、远距离的在线监测。 
附图说明
图1为本发明实施例1、例2的光纤pH计的总体结构示意图； 
图2为本发明实施例1的光纤传感部分； 
图3为本发明实施例2的光纤传感部分； 
图4为本发明实施例1、例2的光纤pH计的光源部分意图； 
具体实施方式
本发明提供一种光纤pH计。以下结合附图对本发明进行详细说明。 
实施例一 
本发明提供一种光纤pH计。如图1所示，该光纤pH计包括光源部分101、光纤传导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。 
本实施例中光源部分101，如图4所示，光源为工作在不同波长的激光二极管(401、404)组成，通过耦合器402将不同波长的光耦合进同一条多模光纤403进行传导。其不但能够提供宽谱光源，并且结构简单、价格低廉，容易实现。 
所述402耦合器采用熔锥型或其他工艺制作。 
本实施例中光纤传导部分102采用的是通信用的多模光纤，内外芯径尺寸为62.5/125um。 
本实施例中光纤传感部分103采用光场的泄露模式——多模光纤201和单模光纤203焊接，如图2所示，单模光纤的长度控制在1cm左右。接下来将聚苯胺202均匀的喷溅到单模光纤203表面，喷溅厚度控制在1um左右。 
本实施例中，所述光信号接收与处理部分104主要包括光谱仪108。 
实施例二 
如图3所示为本发明的传感部分的第二种实施方式。 
本发明提供一种光纤pH计。如图1所示，该光纤pH计同样包括光源部分101、光纤传导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。该光纤pH计2的传感部分303和第一种光纤pH计1的传感部分204相比，有所不同。光纤pH计2的传感部分303的光场的泄露模式产生方法如图3所示，仅仅是将普通多模光纤301进行了拉锥，同样可以在光纤包层中形成光场的泄露模式。由于仅仅是对普通多模光纤301进行了拉锥，因此这种光纤pH计的制作过程更加简单。和光纤pH计1相比，这种新的简单的光纤传感结构并没有影响到其检测的灵敏度。 
上述实施例仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。 

Claims (5)

1.一种光纤pH计结构，包括光源部分、光纤传导部分、光纤传感部分和光信号接收与处理部分。光纤PH计的感应部分采用光场的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一种高分子导电化合物(聚苯胺)，它由传导多模光纤部分、单模光纤传感部分以及敏感膜部分组成。
2.根据权利要求1所述的光纤pH计，其特征在于：光纤PH计的敏感膜采用的是高分子导电化合物。
3.根据权利要求1所述的光纤pH计，其特征在于：光纤PH计敏感膜厚度为微米量级。
4.根据权利要求1所述的光纤pH计，其特征在于：传感部分采用光场的泄露模式。
5.根据权利要求4所述的光纤pH计，其特征在于：泄露模式的产生采用多模光纤和单模光纤焊接或对多模光纤进行拉锥。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Hong Xiaobin

Document name: Notification of Patent Invention Entering into Substantive Examination Stage

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110302