CN103454248A - 一种饮用水氯化物检测装置 - Google Patents

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付兴虎
付广伟
纪玉申
申远
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Abstract

一种饮用水氯化物检测装置，其主要是850～2400nm宽带光源通过第一光纤连接器与双锥光子晶体光纤传感器一端连接，该双锥光子晶体光纤传感器的另一端通过第二光纤连接器与近红外光谱分析仪连接。所述双锥光子晶体光纤传感器是在通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长度为30～300mm双锥光子晶体光纤的两端分别熔接第一单模光纤和第二单模光纤构成。本发明具有微型化、全光纤化、损耗低，制备简单、耐恶劣环境、灵敏度较高的优点。

Description

一种饮用水氯化物检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置，特别是一种饮用水的检测装置。
背景技术
饮用水氯化物是影响其水质的关键因素，饮用水氯化物浓度过高时，会危害人体健康。随着各种新型饮用水的问世，对其水质的准确检测也越来越受到重视。因此，如何准确地通过测量饮用水氯化物信息来确定其水质情况，一直是饮用水水质检测技术的研究热点。
目前，测量饮用水水质的方法主要有：遥感监测法、声学法、电位滴定法、离子色谱法等。例如，遥感监测法具有监测范围广、便于长期动态监测等特点，但测量时容易受到水体光学特性、大气和水面反射等影响，对其后续的光谱反演要求较高；声学法可准确测量液体中某物质的浓度，但其精度受到声传感器件灵敏度的影响；电位滴定法通过分析滴定剂硝酸银的溶液，可用于检测水中氯化物含量，但分析速度缓慢；离子色谱法采用离子色谱仪直接测量水中氯化物含量，但所需设备成本较大，对使用环境要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单易行、成本低、灵敏度高、稳定性好、分析速度快的饮用水氯化物检测装置。
本发明主要包括宽带光源、双锥光子晶体光纤传感器、近红外光谱分析仪和光纤连接器。其中，光源为850～2400nm的宽带光源通过第一光纤连接器与双锥光子晶体光纤传感器的一端连接，该双锥光子晶体光纤传感器的另一端通过第二光纤连接器与近红外光谱分析仪连接，上述双锥光子晶体光纤传感器是由通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长30～300mm的双锥光子晶体光纤的两端分别熔接第一单模光纤和第二单模光纤构成。
本发明的工作过程：光源发出的光进入到熔融拉锥制备的双锥光子晶体光纤传感器，将双锥光子晶体光纤传感器置于被测饮用水中，被被测饮用水所包围。光在第一单模光纤与双锥光子晶体光纤熔接点进行分束，一束光作为参考光束继续在纤芯中传输，另一束光作为信号光束在双锥光子晶体光纤包层外传输，最后上述两束光在双锥光子晶体光纤与第二单模光纤熔接点进行合束，形成马赫-曾德型干涉。当被测饮用水氯化物浓度发生变化时，双锥光子晶体光纤包层外的折射率发生变化，从而使得在马赫-曾德型干涉中发生干涉的两束光之间的光程差发生改变，引起干涉条纹发生变化，通过光谱分析仪对干涉条纹移动量的识别来检测饮用水氯化物浓度的变化。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）制备过程简单，具有微型化、全光纤化、损耗低等特点；
（2）本发明采用单模光纤与双锥光子晶体光纤熔接实现光束分合，简单易行，所得到的传感器耐恶劣环境强，灵敏度较高；
（3）本发明长度为30～300mm的双锥光子晶体光纤，可满足传感复用中不同长度马赫-曾德干涉传感器的需求。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的双锥光子晶体光纤传感器的结构示意图。
图3是本发明双锥光子晶体光纤长度为235mm的干涉谱图。
图4是本发明双锥光子晶体光纤长度为175mm的干涉谱图。
图5是本发明双锥光子晶体光纤长度为175mm的干涉谱峰随氯化钠浓度的移动情况谱图。
具体实施方式
实施例1
在图1所示的饮用水氯化物检测装置示意图中，光源为1550nm中心波长的宽带光源1通过第一光纤连接器2与双锥光子晶体光纤传感器3的一端连接，该双锥光子晶体光纤传感器的另一端通过第二光纤连接器4与近红外光谱分析仪5连接；如图2所示，上述双锥光子晶体光纤传感器是由通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长30mm的双锥光子晶体光纤7的两端分别熔接第一单模光纤6和第二单模光纤8构成。
实施例2：
光源为850nm中心波长的宽带光源通过第一光纤连接器与双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器的一端连接，该双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器的另一端通过第二光纤连接器与近红外光谱分析仪连接；上述双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器是由通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长235mm的双锥光子晶体光纤的两端分别熔接第一单模光纤和第二单模光纤构成。如图3所示，干涉条纹光滑，其干涉信号的对比度为3.54dB。
实施例3
光源为2400nm中心波长的宽带光源通过第一光纤连接器与双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器的一端连接，该双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器的另一端通过第二光纤连接器与近红外光谱分析仪连接；上述双锥光子晶体光纤饮用水氯化物传感器是由通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长175mm的双锥光子晶体光纤的两端分别熔接第一单模光纤和第二单模光纤构成。
光源发出的光进入到双锥光子晶体光纤传感器，将双锥光子晶体光纤传感器置于被测饮用水中，被待测饮用水所包围。光在第一单模光纤与双锥光子晶体光纤熔接点进行分束，一束光作为参考光束继续在纤芯中传输，另一束光作为信号光束在双锥光子晶体光纤包层外传输，最后上述两束光在双锥光子晶体光纤与第二单模光纤熔接点进行合束，形成马赫-曾德干涉仪。当被测饮用水氯化物浓度发生变化时，双锥光子晶体光纤包层外的折射率发生变化，从而使得在马赫-曾德干涉仪中发生干涉的两束光之间的光程差发生改变，引起干涉条纹发生变化，通过光谱分析仪对干涉条纹移动量的识别来检测饮用水氯化物浓度的变化。
如图4所示，双锥光子晶体光纤长度为175mm的干涉谱干涉条纹光滑，干涉条纹的对比度为0.27dB，说明已经形成了干涉效果很好的马赫-曾德干涉仪，能够用于饮用水氯化物的检测。如图5所示，随着氯化钠溶液的增加，传感器干涉谱峰波长也随之增大，两者之间具有良好的线性关系，见表1：
表1不同氯化钠浓度对应波长
NaCl溶液浓度（mg/mL） 波峰波长（nm）
10 1566.301
20 1566.318
30 1566.358
40 1566.411
50 1566.478
60 1566.546
70 1566.642
80 1566.740
90 1566.807
100 1566.891
因此，通过检测传感器干涉谱峰波长的变化，就可以获得待测饮用水氯化钠溶液的浓度。

Claims (1)

1.一种饮用水氯化物检测装置，其特征在于：其光源为850～2400nm的宽带光源通过第一光纤连接器与双锥光子晶体光纤传感器一端连接，该双锥光子晶体光纤传感器的另一端通过第二光纤连接器与近红外光谱分析仪连接；所述双锥光子晶体光纤传感器是由通过光纤熔融拉锥改变纤芯和包层的结构形成的长度为30～300mm双锥光子晶体光纤的两端分别熔接第一单模光纤和第二单模光纤构成。
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