CN102486457A - 级联型光纤总磷含量检测传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种级联型光纤总磷含量检测传感器，该传感器包括一单模光纤和一多模光纤，且单模光纤和多模光纤以级联的方式相距一定长度固定安装在同一个带有V型槽的基板上，其中光信号输入端为一单模光纤，光信号输出端为一多模光纤，两根光纤之间相距一定距离，并利用上下两组V型槽基板实现光纤的固定安装。本发明同时公开了一种级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法。本发明提供了一种简便、灵活的总磷检测手段，简化了总磷检测的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体的说是一种基于V型槽定位的级联型光纤总磷含量检测传感器及其制作方法。
背景技术
总磷是指水体中各种形态的磷的总量，是反映水体受污染程度和湖库水体富营养化程度的一个重要的指标。随着水中磷含量的增加，水体质量下降。特别是在湖波水库中，由于含磷量的增加(超过0.2mg/L)，水体中浮游生物和藻类大量繁殖从而消耗水中溶解的氧，加剧水体的富营养化。富有总磷的水体对环境的影响是环保领域日益关注的热点，是关系到可持续性发展的一个重要问题。因此测定水体中总磷含量对于减少藻类的爆发，及时控制水体污染有着十分重要的现实意义。
通常水体总磷含量检测是通过分光光度法完成的。无论是国标中规定的钼酸铵分光光度法亦或是其他改进型分光光度法，它们的主要过程都是先通过消解将水体中不同形态的磷元素转变为正磷酸根离子，再经过显色反应生成络合物磷钼蓝，再对生成溶液与空白溶液做光度测定通过两者的差异判定磷元素在水体中的含量。在上述过程中光度测定是通过分光光度计完成的。而分光光度计是一种精密的光学仪器，其核心的光栅结构对使用环境的温度、湿度有较高的要求，另外搬用过程中的震动、测试时的污染都使得其在使用中要非常小心，而在维护时需要专业人士操作，引起很多不便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明提供了一种基于V型槽定位的级联光纤型总磷含量传感器，以简化总磷检测的复杂度。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种级联型光纤总磷含量检测传感器，该传感器包括一单模光纤和一多模光纤，且单模光纤和多模光纤以级联的方式相距一定长度固定安装在同一个带有V型槽的基板上，其中光信号输入端为一单模光纤，光信号输出端为一多模光纤，两根光纤之间相距一定距离，并利用上下两组V型槽基板实现光纤的固定安装。
上述方案中，用于固定光纤的上固定块同时确定了传感器的测试工作区域，该测试工作区域为两根光纤之间相距的长度，并在传感器的外管壳上制作有相应的导流孔用于被测试液体的导入和导出。
上述方案中，所述单模光纤和多模光纤都是一端口为平头光纤，一端口为标准的FC/PC接头，两根光纤的平头端被一同固定安装在具有V型槽的基板内。
上述方案中，所述单模光纤采用芯径为9微米的标准单模光纤，所述多模光纤采用芯径为50微米的标准多模光纤。
为达到上述目的，本发明提供了一种级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法，该方法包括：
V型槽定位结构的制作；以及
级联光纤总磷传感器的制作。
上述方案中，所述V型槽定位结构的制作包括：利用KOH水溶液在50°水浴条件下腐蚀硅片，制作V型槽；再将腐蚀后的硅片经划片切割成不同大小尺寸的带有V型槽结构的基板；选择较小尺寸的作为光纤上固定块，选择较大尺寸的作为光纤下固定基板；在光纤下固定基板的V型槽中放置一根裸光纤，后将光纤上固定块放在其上压紧，在光纤上固定块和光纤下固定基板接缝处点胶预固定，再移走裸光纤，完成V型槽定位结构的制作。
上述方案中，所述级联光纤总磷传感器的制作包括：将单模光纤和多模光纤的一端剥除保护涂层，并经切割形成平头结构；再将单模光纤和多模光纤分别从V型槽定位结构的两端穿入其中，用密封胶将外侧定位孔封死同时也将单模光纤和多模光纤固定在其中；最后用外管壳将V型槽定位结构整体套住，并以环氧树脂粘结固定，完成级联光纤总磷传感器的制作。
(三)有益效果
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益的效果：
1、本发明提供了一种简便、灵活的总磷检测手段，简化了总磷检测的复杂度。
2、本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器，只使用了普通的单、多模光纤作为检测核心元件，因而具有温度不敏感的特点，不需要额外的温度补偿技术，同时光学端面少便于清洗和维护。
3、本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器，没有使用特别复杂的光学元器件，同时采用成熟的便于批量制作的V型槽的定位安装技术，使得器件制作成本低廉。
4、本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器，采用标准的FC/PC接头作为外围光信号接口，使得安装起来灵活可靠，器件失效时更换方便。
附图说明
图1是本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器结构的剖面图；
图2A和图2B是本发明提供的制作级联型光纤总磷含量检测传感器的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器，采用了基于V型槽定位的级联光纤型结构设计。具体的讲是将两根光纤以级联的方式相距一定长度固定安装在同一个带有V型槽的基板上。两根光纤都是采用一端口为平头裸光纤，一端口为标准FC/PC接头的结构，平头端固定安装在具有V型槽的基板内。其中，光信号注入端采用芯经为9微米的标准单模光纤，而光信号采集端采用芯经为50微米的标准多模光纤。两根光纤之间相距的长度为测试工作区域，这段距离的长短要兼顾光信号的耦合效率以及光信号与被测试液体间的作用效果。
如图1所示，图1是本发明提供的级联型光纤总磷含量检测传感器结构的剖面图。该级联型光纤总磷含量检测传感器由输入的单模光纤、输出的多模光纤、带有V型槽结构的固定基板以及外管壳构成。该传感器具有可插拔的特性，使用时只需连接上所需波长的激光器和探测器即可，安装维护灵活方便，无需温度补偿成本低廉。
在腐蚀有V型槽的下基板106上安装有单模光纤103和多模光纤105，102为两根光纤上的固定块，101为传感器外层保护封装腔体。使用时103、105通过标准FC/PC接头分别连接在总磷溶液吸收响应波长(一般为800nm左右)的激光器和相应波长的探测器上，由101和102共同确定的区域104为探测工作区，消解显色后的被测试溶液滴定在其中。通过比对水溶液和被测液的光强大小差异，即可确定被测液体中磷元素的含量。
基于图1所示的级联光纤型水总磷含量探测器结构剖面图，本发明还提供了一种级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法，该方法包括：
步骤1：V型槽定位结构的制作。利用KOH水溶液在50°水浴条件下腐蚀硅片，制作V型槽。再将腐蚀后的硅片经划片切割成不同大小尺寸的带有V型槽结构的基板。如图2A所示，选择较小尺寸的作为光纤上固定块201，选择较大尺寸的作为光纤下固定基板203。在203的V型槽中放置一根裸光纤202，后将201放在其上压紧，在201和203接缝出点胶预固定，再移走裸光纤202，完成V型槽定位结构的制作。
步骤2：级联光纤总磷传感器的制作。将单模光纤206和多模光纤207的一端剥除保护涂层，并经切割形成平头结构。再将206和207分别从由步骤一制作完成的V型槽定位结构205的两端穿入其中，如图2B所示。用密封胶将205外侧定位孔封死同时也将206、207固定在其中。最后用外管壳204将205整体套住并以环氧树脂粘结固定完成级联光纤总磷传感器的制作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种级联型光纤总磷含量检测传感器，其特征在于，该传感器包括一单模光纤和一多模光纤，且单模光纤和多模光纤以级联的方式相距一定长度固定安装在同一个带有V型槽的基板上，其中光信号输入端为一单模光纤，光信号输出端为一多模光纤，两根光纤之间相距一定距离，并利用上下两组V型槽基板实现光纤的固定安装。
2.根据权利要求1所述的级联型光纤总磷含量检测传感器，其特征在于，用于固定光纤的上固定块同时确定了传感器的测试工作区域，该测试工作区域为两根光纤之间相距的长度，并在传感器的外管壳上制作有相应的导流孔用于被测试液体的导入和导出。
3.根据权利要求1所述的级联型光纤总磷含量检测传感器，其特征在于，所述单模光纤和多模光纤都是一端口为平头光纤，一端口为标准的FC/PC接头，两根光纤的平头端被一同固定安装在具有V型槽的基板内。
4.根据权利要求1所述的级联型光纤总磷含量检测传感器，其特征在于，所述单模光纤采用芯径为9微米的标准单模光纤，所述多模光纤采用芯径为50微米的标准多模光纤。
5.一种级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法，其特征在于，该方法包括：
V型槽定位结构的制作；以及
级联光纤总磷传感器的制作。
6.根据权利要求5所述的级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法，其特征在于，所述V型槽定位结构的制作包括：
利用KOH水溶液在50°水浴条件下腐蚀硅片，制作V型槽；再将腐蚀后的硅片经划片切割成不同大小尺寸的带有V型槽结构的基板；选择较小尺寸的作为光纤上固定块，选择较大尺寸的作为光纤下固定基板；在光纤下固定基板的V型槽中放置一根裸光纤，后将光纤上固定块放在其上压紧，在光纤上固定块和光纤下固定基板接缝处点胶预固定，再移走裸光纤，完成V型槽定位结构的制作。
7.根据权利要求5所述的级联型光纤总磷含量检测传感器的制作方法，其特征在于，所述级联光纤总磷传感器的制作包括：
将单模光纤和多模光纤的一端剥除保护涂层，并经切割形成平头结构；再将单模光纤和多模光纤分别从V型槽定位结构的两端穿入其中，用密封胶将外侧定位孔封死同时也将单模光纤和多模光纤固定在其中；最后用外管壳将V型槽定位结构整体套住，并以环氧树脂粘结固定，完成级联光纤总磷传感器的制作。
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