CN212844995U - 一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器。包括光源、G657光纤和光谱仪，所述光源和光谱仪分别与G657光纤的两端连接，在所述G657光纤由位于中部的束腰均匀区、位于束腰均匀区两侧的过渡区以及连接在过渡区外侧的正常区组成，所述束腰均匀区扭转360°，形成扭曲状，在所述束腰均匀区的外表面涂覆有聚苯胺纳米材料层。本实用新型将扭转光纤和微纳光纤的优势结合，具有良好的折射率传感灵敏度；将扭转微纳光纤的工作原理与聚苯胺的特性结合形成新颖的包层模式激发结构，具有制作方法简单、结构体积小、传感稳定性良好等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器。
背景技术
光纤品种和性能的研究及发展是与传输系统和通信网络的研究及发展同步进行的。随着传输距离的延长、传输速率的提高和传输容量的增大,新的光纤品种不断产生,以满足各种通信系统和网络发展的需要。pH值和湿度是与人类生活密切相关的物理量，在制药、半导体工艺、食品加工贮存、气象等领域具有重要的应用价值。目前检测pH值的方法主要有化学萃取法、指示剂分析法、试纸比对法等方法。上述方法的优势是较成熟，可行性较高；但是较大的工作量、较差的稳定性及难以检测微小pH值的改变量使其在实际应用中受到了较大的限制。然而光纤pH传感器具有许多优点，例如结构精巧，体积小，重量轻，具有高灵敏度和快速响应的长距离检测。由于光纤的包层比较厚，因此在纤芯中传播的光信号很难与目标分析物相互作用，这严重限制并影响了光纤传感器的性能。
实用新型内容
本实用新型针对上述问题提供了一种低成本、体积小的扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器。
为达到上述目的本实用新型采用了以下技术方案：
一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，包括光源、G657光纤和光谱仪，所述光源和光谱仪分别与G657光纤的两端连接，在所述G657光纤由位于中部的束腰均匀区、位于束腰均匀区两侧的过渡区以及连接在过渡区外侧的正常区组成，所述束腰均匀区扭转360°，形成扭曲状，在所述束腰均匀区的外表面涂覆有聚苯胺纳米材料层。
进一步，所述G657光纤的模场直径为8.6-9.5μm，所述G657光纤的包层直径为125μm。
再进一步，所述束腰均匀区的直径为10-20μm，腰椎长度17000μm。
更进一步，所述光源为1530-1603nm波段的放大自发辐射光源。
与现有技术相比本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型将扭转光纤和微纳光纤的优势结合，具有良好的折射率传感灵敏度；将扭转微纳光纤的工作原理与聚苯胺的特性结合形成新颖的包层模式激发结构，具有制作方法简单、结构体积小、传感稳定性良好等优点；
2、本实用新型采用的G657光纤弯曲损耗小，实用性高；采用的聚苯胺纳米材料层导率高、热稳定好、具有良好的电化学可逆性、易于合成及成本低廉，具有大比表面积、高反应活性等特性，涂覆在G657光纤上，可以提升G657光纤吸附能力，克服一些纳米材料在大部分溶剂中存在易团聚、溶解性较差的问题；
3、本实用新型对温度的变化不敏感，在光纤在参数传感的过程中可避免温度的干扰；
4、本实用新型与传统的电化学传感器相比，抗电磁干扰能力强，分辨率高，检测精度高，可实现多参数检测。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型G657光纤的结构示意图；
图中，光源—1、G657光纤—2、光谱仪—3、聚苯胺纳米材料层—4、束腰均匀区—201、过渡区—202、正常区—203。
具体实施方式
为了进一步阐述本实用新型的技术方案，下面通过实施例对本实用新型进行进一步说明。
如图1、图2所示，一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，包括光源1、G657光纤2和光谱仪3，所述光源1为1530-1603nm波段的放大自发辐射光源。所述G657光纤2的模场直径为8.6-9.5μm，所述G657光纤2的包层直径为125μm。所述光源1和光谱仪3分别与G657光纤2的两端连接，在所述G657光纤2由位于中部的束腰均匀区201、位于束腰均匀区201两侧的过渡区202以及连接在过渡区202外侧的正常区203组成，所述束腰均匀区201扭转360°，形成扭曲状，在所述束腰均匀区201的外表面涂覆有聚苯胺纳米材料层4。所述束腰均匀区201的直径为10-20μm，腰椎长度17000μm。
G657光纤2是将一段长度约为3cm的G657单模光纤去除涂覆层，将其固定在拉锥平台上，第一步用火焰对G657单模光纤中间位置进行加热，同时调节移动平台对G657单模光纤进行拉锥，第二步使用光纤旋转器将锥化的G657单模光纤一侧扭转360°，第三步再通过火焰熔融将G657单模光纤逐渐变细；制得G657光纤2。在拉锥的过程中，改变了G657单模光纤的几何构型和折射率，由于偏离圆柱对称性，非绝热锥度中的模式干扰是不可避免的，光信号通过锥形区域，激发了高阶模式，来自基本模式的光功率耦合到高阶模式，制作扭转会进一步破坏光纤的圆柱对称性和其表面，使得干涉效果更加明显，实验证明该微纳光纤的干涉强度随着拉锥长度和扭转圈数的增加而增加。
所述聚苯胺具有高表面积比等特殊性质，可以通过离子掺杂的方式改变其分子构象，使其对酸碱度有不错的响应，本实用新型采用化学聚合方法制得PANI并修饰到束腰均匀区201表面；所述的pH传感器是将修饰PANI的束腰均匀区201部分浸入pH标准溶液中，并将光源打开使得光信号输入到G657光纤2，利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波以及扭转产生的模式干涉对周围环境变化的快速响应，通过光谱分析仪观测微纳光纤传感器的光谱特性，观测pH变化的规律。
聚苯胺材料2是通过化学聚合方法制备。
将1mL苯胺溶解在10mL四氯甲烷中。然后加入50mL含3.28g过氧硫酸铵APS溶液中，此时将扭曲微纳光纤放入，慢慢地溶液呈现棕绿色，聚苯胺在微纳光纤上逐渐沉积，过程中对扭转传感器的透射光谱进行持续监控。
以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，其特征在于：包括光源(1)、G657光纤(2)和光谱仪(3)，所述光源(1)和光谱仪(3)分别与G657光纤(2)的两端连接，在所述G657光纤(2)由位于中部的束腰均匀区(201)、位于束腰均匀区(201)两侧的过渡区(202)以及连接在过渡区(202)外侧的正常区(203)组成，所述束腰均匀区(201)扭转360°，形成扭曲状，在所述束腰均匀区(201)的外表面涂覆有聚苯胺纳米材料层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，其特征在于：所述G657光纤(2)的模场直径为8.6-9.5μm，所述G657光纤(2)的包层直径为125μm。
3.根据权利要求1所述的一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，其特征在于：所述束腰均匀区(201)的直径为10-20μm，腰椎长度17000μm。
4.根据权利要求1所述的一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器，其特征在于：所述光源(1)为1530-1603nm波段的放大自发辐射光源。
Priority Applications (1)
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| CN202021564719.5U CN212844995U (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种扭转微纳光纤干涉仪的pH传感器 |
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Publications (1)
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| CN212844995U true CN212844995U (zh) | 2021-03-30 |
Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115079338A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-20 | 湖北工业大学 | 氮掺杂碳纳米管的微纳光纤、及包含其的气体传感器 |
| CN117607100A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-02-27 | 河南师范大学 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
| CN117607100B (zh) * | 2024-01-24 | 2024-05-17 | 河南师范大学 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
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| CN117607100A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-02-27 | 河南师范大学 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
| CN117607100B (zh) * | 2024-01-24 | 2024-05-17 | 河南师范大学 | 一种监测AZIBs二次电池内原位pH值的光纤传感方法 |
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