CN104807759A - 一种水质在线监测的光纤浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质在线监测的光纤浮标，包括太阳能电池板，电源模块，支架，航标灯，天线，光源，光纤耦合器，连接光纤，光纤传感头，反射端面，光开关，光谱仪模块，GPRS模块。太阳能电池与电池模块连接安装在支架上，航标灯和天线安装在支架顶端。光源的输出端与光纤耦合器的左上端连接，光纤耦合器的左下端与传感头一端连接，传感头另一端在光纤端面镀高反射膜形成反射端面。光纤耦合器的右上端和右下端与光开光的两个输入端连接，光开光的输出端连接光谱仪模块处理光信号并转化为电信号，电信号通过GPRS模块发送到因特网。该水质监测浮标不仅体积小，耐恶劣环境，灵敏度高，而且使用寿命长，可同时监测多种物质成分。

Description

一种水质在线监测的光纤浮标

技术领域

本发明涉及一种水质监测浮标，尤其涉及一种水质在线监测的光纤浮标。

背景技术

目前，随着人们对海洋资源的利勘探利用和海洋渔业发展，对海洋的污染更加严重，而人们对生活的质量有着很高的期望，从而对水质情况的越来越重视。水质的优劣与人们的生活息息相关，协调人与环境之间的关系，实现可持续发展，对江海水域的水质进行在线监测就变得非常重要。

目前对水质监测的浮标的方案有很多，一般都是采用传统的化学、电学传感器等进行检测，但是这些方案都存在缺点。化学传感器一般使用化学试剂来监测海水水质，这种方法的反应时间长，监测物质单一，不能同时监测多种物质成分。电学传感器不能在恶劣环境下精确测量，且寿命短。因此，这些传统的水质监测浮标在实际使用中均受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水质在线监测的光纤浮标，该水质监测浮标具有体积小，耐恶劣环境，灵敏度高，寿命长，能同时监测多种物质成分等优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种水质在线监测的光纤浮标，由太阳能电池板(1)，电池模块(2)，支架(3)，航标灯(4)，天线(5)，光源(6)，光纤耦合器(7)，光纤传感头(8)，反射端面(9)，光开关(10)，光谱仪模块(11)，GPRS模块(12)，浮体仓(13)构成；其特征在于：所述的光源(6)，光纤耦合器(7)，光开关(10)，光谱仪模块(11)，GPRS模块(12)安装在浮体仓(13)内；光源(6)的输出端通过第一光纤(701)与光纤耦合器(7)连接，光纤传感头(8)的一端通过第二光纤(702)与光纤耦合器(7)连接，光纤传感头(8)的另一端连接反射端面(9)，第三光纤(703)连接光开关(10)的第一输入端，第四光纤(804)连接光开关(10)的第二输入端，光开关(10)的输出端与光谱仪模块(11)输入端连接，光谱仪模块(11)的输出端与GPRS模块(12)相连接；太阳能电池板(1)的输出端与电池模块(2)的接收端连接，并固定在支架(3)上，在支架(3)的上端安装航标灯(4)和天线(5)。

所述的光纤传感头(8)的纤芯(801)长度为10mm-30mm，在纤芯(801)处镀金属膜(802)，厚度为100nm，在包层(803)上固定石英套管(804)，石英套管上的网孔(805)的直径为1mm。

所述的金属膜(802)为纳米金薄膜或纳米银薄膜。

所述光源(6)为超辐射发光二极管，光谱带宽大于200nm。

所述光纤耦合器(7)为2*2的耦合器，且分光比为90：10。

所述的反射端面(9)是通过在光纤末端镀高反射金属膜，反射率大于90％。

所述的光开关(10)是1*2的电控光开关，2个输入端，1个输出端。

本发明的有益之处在于：

1.采用光纤传感系统与浮标联用的方法，使传感头体积小，耐恶劣环境，同时相比于传统水质监测浮标，光纤传感头寿命长，还能同时监测多种物质成分。

2.利用有网孔的石英套管固定传感头，不仅保护传感头，还减少水中杂质对传感头的影响。

3.利用纳米金薄膜或纳米银薄膜增加光纤传感头的灵敏度。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明的装置图；

图2为本发明的光纤传感头结构图；

1为太阳能电池板，2为电池模块，3为支架，4为航标灯，5为天线，6为光源，7为光纤耦合器，701、702、703、704为第一光纤，第二光纤，第二光纤，第四光纤，8为光纤传感头，801为纤芯，802为金属膜，803为包层，804石英套管，805为网孔，9为反射端面，10为光开关，11为光谱仪模块，12为GPRS模块，13为浮体仓。

具体实施方法

如图1所示的一种水质在线监测的光纤浮标，由太阳能电池板1，电池模块2，支架3，航标灯4，天线5，光源6，光纤耦合器7，光纤传感头8，反射端面9，光开关10，光谱仪模块11，GPRS模块12，浮体仓13构成；其特征在于：所述的光源6，光纤耦合器7，光开关10，光谱仪模块11，GPRS模块12安装在浮体仓13内；光源6的输出端通过第一光纤701与光纤耦合器7连接，光纤传感头8的一端通过第二光纤702与光纤耦合器7连接，光纤传感头8的另一端连接反射端面9，第三光纤703连接光开关10的第一输入端，第四光纤804连接光开关10的第二输入端，光开关10的输出端与光谱仪模块11输入端连接，光谱仪模块11的输出端与GPRS模块12相连接；太阳能电池板1的输出端与电池模块2的接收端连接，并固定在支架3上，在支架3的上端安装航标灯4和天线5。

图2是本发明的光纤传感头结构图，光纤传感头由纤芯801，金属膜802，包层803，石英套管804，网孔805这些部件构成；在纤芯801上镀有金属膜802，在包层803上固定石英套管804，在石英套管上有网孔805。

一种水质在线监测的光纤浮标，其工作原理为：太阳能电池板1接收太阳能从输出端输送到电池模块2进行储存，为整个系统供电。支架3上的航标灯4起警示作用，天线5用来增强无线信号传输。光源6输出端发出的光通过第一光纤701到光纤耦合器7，90％的光通过第二光纤702到达光纤传感头8，在光纤传感头8处，被测水通过石英套管804的网孔805进入，由于金属膜802产生表面等离子共振效应，进入的水与光发生相互作用，对水中的物质成分和浓度等信息敏感，使光信号发生变化，光通过反射端面9反射，再次经过传感头8，然后经过第二光纤702到达光纤耦合器7，经过第四光纤704进入光开关10的第一输入端，作为传感光；光纤耦合器7中10％的光通过第三光纤703进入光开光10的第二输入端，作为参考光；在光开关10的输出端把传感光和参考光都传输到光谱仪模块11，光谱仪模块11把参考光与传感光进行光谱比对和信号处理，最后把处理后的信号通过GPRS模块12发送到因特网。

Claims (6)

1.一种水质在线监测的光纤浮标，由太阳能电池板(1)，电池模块(2)，支架(3)，航标灯(4)，天线(5)，光源(6)，光纤耦合器(7)，光纤传感头(8)，反射端面(9)，光开关(10)，光谱仪模块(11)，GPRS模块(12)，浮体仓(13)构成；其特征在于：所述的光源(6)，光纤耦合器(7)，光开关(10)，光谱仪模块(11)，GPRS模块(12)安装在浮体仓(13)内；光源(6)的输出端通过第一光纤(701)与光纤耦合器(7)连接，光纤传感头(8)的一端通过第二光纤(702)与光纤耦合器(7)连接，光纤传感头(8)的另一端连接反射端面(9)，第三光纤(703)连接光开关(10)的第一输入端，第四光纤(804)连接光开关(10)的第二输入端，光开关(10)的输出端与光谱仪模块(11)输入端连接，光谱仪模块(11)的输出端与GPRS模块(12)相连接；太阳能电池板(1)的输出端与电池模块(2)的接收端连接，并固定在支架(3)上，在支架(3)的上端安装航标灯(4)和天线(5)。

2.根据权利要求1所述的一种水质在线监测的光纤浮标，其特征在于：所述的光纤传感头(8)包括纤芯(801)，金属膜(802)，包层(803)，石英套管(804)，网孔(805)；纤芯(801)长度为10mm-30mm，在纤芯(801)处镀金属膜(802)，厚度为100nm，在包层(803)上固定石英套管(804)，石英套管上的网孔(805)的直径为1mm。

3.根据权利要求1所述的一种水质在线监测的光纤浮标，其特征在于：所述的光纤传感头(8)利用反射端面(9)反射，使光两次经过光纤传感头(8)。

4.根据权利要求1所述的一种水质在线监测的光纤浮标，其特征在于：所述的光源(6)为超辐射发光二极管，光谱带宽大于200nm。

5.根据权利要求1所述的一种水质在线监测的光纤浮标，其特征在于：所述的反射端面(9)是通过在光纤末端镀高反射金属膜，反射率大于90％。

6.根据权利要求1或2所述的一种水质在线监测的光纤浮标，其特征在于：所述的金属膜(802)为纳米金薄膜或纳米银薄膜。