CN103645141B - 一种光纤ph计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤pH计，包括有光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪，该光纤管包括有光纤连接部以及由该光纤连接部一端一体延伸出的输入光纤和输出光纤，该光纤连接部另一端一体延伸出感应光纤，该感应光纤外表面设有敏感膜。本发明采用光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪所形成的光纤PH计，其相较于现有技术中的PH计，响应时间更快、稳定性更好，能够测出pH值的微小变化和迅速变化，同时能够适应各种恶劣环境而达到准确的测试结果，另外，通过光谱仪上的触摸显示屏进行相关操作，并在触摸显示屏上对PH及其相应温度进行实时监控。通过PH敏感膜与光纤管有机配合，使其抗电磁干扰能力更强，灵敏度更高，易于对被测信号的远距离监控。
Description
技术领域
本发明涉及PH计技术领域，尤其是指一种光纤PH计。
背景技术
传统测量pH值的一个主要方法是电势电极法(如玻璃膜电极)，由于电极响应时间长、稳定性差，难以测出pH值的微小变化和迅速变化;同时，基体体积大，不适用于微环境和生物活体的在线检测，更难以适应在恶劣环境中的应用。另外，pH试纸法无法监测到局部的pH值变化，更不能进行实时监控。
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。
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。光纤pH传感技术主要是将光纤传感技术与比色分析技术相结合，克服了传统pH值检测方法中响应时间长、稳定性差、不适用于微环境和生物活体的在线检测等缺点，是近几年迅速发展起来的一门新技术。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种测量范围广、稳定性好、防腐性能强、使用寿命长的光纤PH计。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种光纤pH计，包括有光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪，该光纤管包括有光纤连接部以及由该光纤连接部一端一体延伸出的输入光纤和输出光纤，该光纤连接部另一端一体延伸出感应光纤，该感应光纤外表面设有敏感膜；
所述敏感膜由感应光纤经氢氟酸腐蚀后用15%的硝酸活化80分钟，使该感应光纤表面形成活化的羟基；然后用溶胶凝胶法，以原硅酸四乙酯为前驱体，将PH指示剂分子固定在感应光纤表面形成PH值敏感膜；
所述光源位于输入光纤一端，由该光源发出的光经输入光纤传导至光纤连接部及感应光纤后由输出光纤将随敏感膜感应的变化而变化的光传导至光谱仪，同时温度传感器所测试到的温度数据也传输至光谱仪，从而测量出相应温度下的PH值。
作为一种优选方案，所述光纤管的外部设有包覆层。
作为一种优选方案，所述的包覆层为特氟龙包覆层。
作为一种优选方案，所述的包覆层外部设有抗菌层
作为一种优选方案，所述感应光纤被氢氟酸腐蚀的深度控制在3~5微米，腐蚀时间6~20分钟。
作为一种优选方案，所述敏感膜是由以下步骤制备而成：将原硅酸四乙酯与乙醇按照l:2的重量比例混合，并依次加入溴酚蓝、甲酚红和氯酚红，其浓度分别为3mg/ml,0.5mg/ml和2.5mg/ml；然后将溶液置于120℃的水浴中搅拌60分钟，待溶液冷却至室温后，将经活化的光纤浸渍于溶液中，使其在光纤表面成膜30分钟，在浸渍成膜过程中，以一定的速率来回拖动光纤，以保证模的均匀性;原硅酸四乙酷经水解、缩合形成具有聚合氧桥的二氧化硅三维立体结构，以固定pH指示剂。
作为一种优选方案，所述光谱仪设有触摸显示屏以及小型打印机，通过触摸显示屏对整个检测过程进行操作并由该触摸显示屏显示相应的测试结果，该小型打印机能够将测试的结果及分析数据打印出来以处理相关数据。
作为一种优选方案，所述光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪安装于同一箱体中形成一体的测试装置。
作为一种优选方案，所述敏感膜套有聚乙烯防护套。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体如下：
本发明采用光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪所形成的光纤PH计，其相较于现有技术中的PH计，响应时间更快、稳定性更好，能够测出pH值的微小变化和迅速变化，同时能够适应各种恶劣环境而达到准确的测试结果，另外，通过光谱仪上的触摸显示屏进行相关操作，并在触摸显示屏上对PH及其相应温度进行实时监控。
通过特制的PH敏感膜与光纤管的有机配合，使其抗电磁干扰能力更强，灵敏度更高，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。
通过在光纤管外设有特氟龙包覆层，在包覆层外设有抗菌层，大大提高产品的防腐性能及其使用寿命。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的简单示意图。
附图标识说明：
10、光源
20、光纤管
21、光纤连接部22、输入光纤
23、输出光纤24、感应光纤
25、敏感膜
30、温度传感器
40、光谱仪
41、触摸显示屏42、小型打印机。
具体实施方式
请参照图1所示，其显示了本发明之较佳实施例的具体结构，一种光纤pH计，包括有光源10、光纤管20、温度传感器30以及光谱仪40。
其中，该光纤管20包括有光纤连接部21以及由该光纤连接部21一端一体延伸出的输入光纤22和输出光纤23，该光纤连接部21另一端一体延伸出感应光纤24，该感应光纤24外表面设有敏感膜25。
该敏感膜24由感应光纤24经氢氟酸腐蚀后用15%的硝酸活化80分钟，使该感应光纤表面形成活化的羟基；然后用溶胶凝胶法，以原硅酸四乙酯为前驱体，将PH指示剂分子固定在感应光纤表面形成PH值敏感膜。该敏感膜套有聚乙烯防护套，该保护套能够有效保护该PH计不使用时的敏感膜。
该感应光纤24被氢氟酸腐蚀的深度控制在3~5微米，腐蚀时间6~20分钟。该敏感膜25是由以下步骤制备而成：将原硅酸四乙酯与乙醇按照l:2的重量比例混合，并依次加入溴酚蓝、甲酚红和氯酚红，其浓度分别为3mg/ml,0.5mg/ml和2.5mg/ml；然后将溶液置于120℃的水浴中搅拌60分钟，待溶液冷却至室温后，将经活化的光纤浸渍于溶液中，使其在光纤表面成膜30分钟，在浸渍成膜过程中，以一定的速率来回拖动光纤，以保证模的均匀性;原硅酸四乙酷经水解、缩合形成具有聚合氧桥的二氧化硅三维立体结构，以固定pH指示剂。
该光源10位于输入光纤22一端，由该光源发出的光经输入光纤22传导至光纤连接部21及感应光纤24后由输出光纤23将随敏感膜25感应的变化而变化的光传导至光谱仪40，同时温度传感器40所测试到的温度数据也传输至光谱仪40，从而测量出相应温度下的PH值。
该光纤管20的外部设有包覆层，该包覆层为特氟龙包覆层，该包覆层外部设有抗菌层，通过设置该特氟龙包覆层和抗菌层，能够有效提高PH计的防腐性能和使用寿命。
该光谱仪40设有触摸显示屏41以及小型打印机42，通过触摸显示屏41对整个检测过程进行操作并由该触摸显示屏显示相应的测试结果，该小型打印机42能够将测试的结果及分析数据打印出来以处理相关数据。
该光源10、光纤管20、温度传感器30以及光谱仪40安装于同一箱体中形成一体的测试装置，该光纤管根据需要设置其长度。
本发明的设计重点在于：本发明采用光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪所形成的光纤PH计，其相较于现有技术中的PH计，响应时间更快、稳定性更好，能够测出pH值的微小变化和迅速变化，同时能够适应各种恶劣环境而达到准确的测试结果，另外，通过光谱仪上的触摸显示屏进行相关操作，并在触摸显示屏上对PH及其相应温度进行实时监控。通过特制的PH敏感膜与光纤管的有机配合，使其抗电磁干扰能力更强，灵敏度更高，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。通过在光纤管外设有特氟龙包覆层，在包覆层外设有抗菌层，大大提高产品的防腐性能及其使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种光纤pH计，其特征在于：包括有光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪，该光纤管包括有光纤连接部以及由该光纤连接部一端一体延伸出的输入光纤和输出光纤，该光纤连接部另一端一体延伸出感应光纤，该感应光纤外表面设有敏感膜；
所述敏感膜由感应光纤经氢氟酸腐蚀后用15%的硝酸活化80分钟，使该感应光纤表面形成活化的羟基；然后用溶胶凝胶法，以原硅酸四乙酯为前驱体，将PH指示剂分子固定在感应光纤表面形成PH值敏感膜；
所述光源位于输入光纤一端，由该光源发出的光经输入光纤传导至光纤连接部及感应光纤后由输出光纤将随敏感膜感应的变化而变化的光传导至光谱仪，同时温度传感器所测试到的温度数据也传输至光谱仪，从而测量出相应温度下的PH值，所述光纤管的外部设有包覆层，所述的包覆层为特氟龙包覆层；
所述的包覆层外部设有抗菌层所述光谱仪设有触摸显示屏以及小型打印机，通过触摸显示屏对整个检测过程进行操作并由该触摸显示屏显示相应的测试结果，该小型打印机能够将测试的结果及分析数据打印出来以处理相关数据；
所述敏感膜是由以下步骤制备而成：将原硅酸四乙酯与乙醇按照l:2的重量比例混合，并依次加入溴酚蓝、甲酚红和氯酚红，其浓度分别为3mg/ml,0.5mg/ml和2.5mg/ml；然后将溶液置于120℃的水浴中搅拌60分钟，待溶液冷却至室温后，将经活化的光纤浸渍于溶液中，使其在光纤表面成膜30分钟，在浸渍成膜过程中，以一定的速率来回拖动光纤，以保证 膜的均匀性;原硅酸四乙 酯经水解、缩合形成具有聚合氧桥的二氧化硅三维立体结构，以固定pH指示剂；
所述光源、光纤管、温度传感器以及光谱仪安装于同一箱体中形成一体的测试装置。
2.根据权利要求1所述一种光纤PH计，其特征在于：所述感应光纤被氢氟酸腐蚀的深度控制在3~5微米，腐蚀时间6~20分钟。
3.根据权利要求1所述一种光纤PH计，其特征在于：所述敏感膜套有聚乙烯防护套。
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