CN109632720A - 一种钠离子浓度光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钠离子浓度光纤传感器，马赫曾德结构光纤包括带有包层和纤芯的单模光纤，包层上通过光纤抛磨技术加工有第一抛磨部、第二抛磨部，第一抛磨部、第二抛磨部均为环绕包层外径内凹的弧形开槽；所述第一抛磨部与第二抛磨部通过间隔部隔开；光纤SPR传感器通过熔焊机与马赫曾德结构光纤轴向同心焊接。本发明将表面等离子体共振传感技术与低能量消耗的光纤传输技术有机结合，有高灵敏度，体积小，抗电磁干扰，快速响应等优点，对传感器表面待测介质成分的微小变化响应灵敏，适用于研究各类介质溶液的物理化学现象；可以对离子浓度实时监测，排除温度干扰，成本较低，可批量生产。

Description

一种钠离子浓度光纤传感器

技术领域

本发明涉及光纤器件领域，尤其涉及一种钠离子浓度光纤传感器。

背景技术

人体内的钠是维持细胞生理活动的主要阳离子，是保持机体的正常渗透压及酸碱平衡，参与糖及蛋白质代谢，保证神经肌肉的正常功能所必需，其含量是人体生理活动的重要指标。尿液、血清中钠离子的含量水平在临床上可用于诊断一些肾脏、心脏等方面的疾病。

正常情况下，人体的钠离子浓度有一个合理的参考范围，当钠离子高于参考值，表现出高钠症，反之当钠的摄入量不足、钠丢失严重、肾脏疾病转入多尿期等情况时则会出现低钠症。

目前，国内外检测钠离子含量的方法很多，如离子色谱法、火焰原子发射光谱法、火焰原子收法、流动注射技术和离子选择性电极相结合的方法等。应用这些方法测定钠离子含量的研究成果也有相应的报导，但运用这些检测方法直接测量往往满足不了要求，除非将大量的样品浓缩到分析技术可检测的范围，这不但费时、费工，而且会因浓缩过程而引入严重误差，不能满足监测的要求，因此采用新的高灵敏度、高准确性和快速的分析方法和检测技术将成为必然。

发明内容

本发明提出了一种将SPR（表面等离子体共振）传感技术与低能量消耗的光纤传输技术有机结合的钠离子浓度光纤传感器。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种钠离子浓度光纤传感器，包括：

马赫曾德结构光纤，所述马赫曾德结构包括带有包层和纤芯的单模光纤，所述包层上通过光纤抛磨技术加工有第一抛磨部、第二抛磨部，所述第一抛磨部、第二抛磨部均为环绕所述包层外径内凹的弧形开槽；所述第一抛磨部与第二抛磨部相互间隔，所述第一抛磨部与第二抛磨部通过间隔部隔开；

光纤SPR传感器，所述光纤SPR传感器通过熔焊机与马赫曾德结构光纤轴向同心焊接。

作为本发明一种优选，所述光纤SPR传感器与所述第一抛磨部轴向相邻，且间隔350微米。

作为本发明的另一种优选，所述光纤SPR传感器与所述第二抛磨部轴向相邻，且间隔350微米。

利用本发明的钠离子浓度光纤传感器形成的钠离子浓度检测传感系统，包括：

钠离子浓度光纤传感器；所述钠离子浓度光纤传感器置于待测溶液中；

光源，用于发射光信号；

光纤环形器，所述光纤环形器分别通过传感光纤与所述光源、钠离子浓度光纤传感器连接；所述光源产生的光信号通过传感光纤输入光纤环形器，光纤环形器通过传感光纤将光信号输入钠离子浓度光纤传感器马赫曾德结构光纤端；

光谱仪，用于透射光谱的采集，所述光谱仪输入端通过传感光纤与钠离子浓度光纤传感器光纤SPR传感器端连接。

本发明的有益效果是：

本发明将表面等离子体共振传感技术与低能量消耗的光纤传输技术有机结合，有高灵敏度，体积小，抗电磁干扰，快速响应等优点，对传感器表面待测介质成分的微小变化响应灵敏，适用于研究各类介质溶液的物理化学现象。

本发明的传感器可以对离子浓度实时监测，排除温度干扰，成本较低，可批量生产。

附图说明

图1为本发明一种钠离子浓度光纤传感器的结构示意图；

图2为本发明钠离子浓度检测传感系统的结构示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

光纤侧面抛磨技术是一种重要的光纤处理技术。侧面抛磨光纤是光纤微加工技术制成的一种光纤器件，因其独特的光学特性，低成本及可制成全光纤器件等特点越来越受到人们的关注，也使得对新型光纤器件的研究和制作有了新的手段和方法。随着光纤微加工技术日渐成熟，侧面抛磨光纤技术应用越来越广泛。

如图1所示，本发明实施例的一种钠离子浓度光纤传感器，包括：

马赫曾德结构光纤1，所述马赫曾德结构1包括带有包层111和纤芯112的单模光纤11，所述包层111上通过光纤抛磨技术加工有第一抛磨部113、第二抛磨部114，所述第一抛磨部113、第二抛磨部114均为环绕所述包层111外径内凹的弧形开槽；所述第一抛磨部113与第二抛磨部114相互间隔，所述第一抛磨部113与第二抛磨部114通过间隔部115隔开。

光纤SPR传感器2，所述光纤SPR传感器2通过熔焊机与马赫曾德结构光纤1轴向同心焊接。

优选的，所述光纤SPR传感器2连接在马赫曾德结构光纤1右端，与所述第二抛磨部114轴向相邻，且间隔350微米。

同理，所述光纤SPR传感器2还可以连接在马赫曾德结构光纤1左端，所述光纤SPR传感器2与所述第一抛磨部113轴向相邻，且间隔350微米。

本发明所采用的光纤为型号为SMF-28的普通单模光纤，包层直径125μm，纤芯直径9μm，将其放置于研磨机上两侧对称抛磨，形成马赫-曾德结构光纤1，用切割刀将抛磨后的光纤在距端部350μm处切平，将其放置于日本Fujikura公司的80S高精度单芯熔接机，与光纤SPR传感器2熔接，完成器件的制备。

本发明将表面等离子体共振传感技术与低能量消耗的光纤传输技术有机结合的光纤传感器，有高灵敏度，体积小，抗电磁干扰，快速响应等优点，对传感器表面待测介质成分的微小变化响应灵敏，适用于研究各类介质溶液的物理化学现象。

利用本发明的钠离子浓度光纤传感器形成的钠离子浓度检测传感系统，包括：

钠离子浓度光纤传感器3；所述钠离子浓度光纤传感器3置于待测溶液4中；

光源5，用于发射光信号；

光纤环形器6，所述光纤环形器6分别通过传感光纤7与所述光源5、钠离子浓度光纤传感器3连接；所述光源5产生的光信号通过传感光纤7输入光纤环形器6，光纤环形器6通过传感光纤7将光信号输入钠离子浓度光纤传感器3马赫曾德结构光纤1一端；

光谱仪8，用于透射光谱的采集，所述光谱仪8输入端通过传感光纤7与钠离子浓度光纤传感器1光纤SPR传感器2一端连接。

改变温度和Na离子溶液浓度，进行标定测量。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种钠离子浓度光纤传感器，其特征在于，包括：

马赫曾德结构光纤，所述马赫曾德结构包括带有包层和纤芯的单模光纤，所述包层上通过光纤抛磨技术加工有第一抛磨部、第二抛磨部，所述第一抛磨部、第二抛磨部均为环绕所述包层外径内凹的弧形开槽；所述第一抛磨部与第二抛磨部相互间隔，所述第一抛磨部与第二抛磨部通过间隔部隔开；

光纤SPR传感器，所述光纤SPR传感器通过熔焊机与马赫曾德结构光纤轴向同心焊接。

2.根据权利要求1所述的钠离子浓度光纤传感器，其特征在于，所述光纤SPR传感器与所述第一抛磨部轴向相邻，且间隔350微米。

3.根据权利要求1所述的钠离子浓度光纤传感器，其特征在于，所述光纤SPR传感器与所述第二抛磨部轴向相邻，且间隔350微米。

4.根据权利要求1-3任一所述的钠离子浓度光纤传感器形成的钠离子浓度检测传感系统，其特征在于，包括：

钠离子浓度光纤传感器；所述钠离子浓度光纤传感器置于待测溶液中；

光源，用于发射光信号；

光纤环形器，所述光纤环形器分别通过传感光纤与所述光源、钠离子浓度光纤传感器连接；所述光源产生的光信号通过传感光纤输入光纤环形器，光纤环形器通过传感光纤将光信号输入钠离子浓度光纤传感器马赫曾德结构光纤端；

光谱仪，用于透射光谱的采集，所述光谱仪输入端通过传感光纤与钠离子浓度光纤传感器光纤SPR传感器端连接。