專利名稱：一種光纖pH計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，特別涉及一種光纖PH計(jì)。
背景技術(shù)：
光纖傳感器是光纖和光通信技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，它用光作為敏感信息的載體， 用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。它具有抗電磁干擾能力強(qiáng)，非侵入性，高靈敏度，容易實(shí) 現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，并且可用于易燃易爆以及射線污染等危險(xiǎn)環(huán)境下的檢 測。它擁有機(jī)械、電子等傳統(tǒng)傳感技術(shù)所無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。目前，PH計(jì)廣泛應(yīng)用于我 們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。傳統(tǒng)的檢測液體PH值的方法主要有電勢電極法(如玻璃膜電極)和 PH試紙法。應(yīng)用了電勢電極法的pH計(jì)的可逆性比較好，但其劣勢也很明顯反應(yīng)時(shí)間長、 靈敏度低、體積大，更不用說完成對惡劣環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測了。PH試紙法除了價(jià)格便宜，更是 難尋其優(yōu)點(diǎn)。光纖pH計(jì)是利用光纖傳感原理制作出來的pH計(jì)。與傳統(tǒng)的pH計(jì)相比，它具有極 高的靈敏度、反應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以對惡劣環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)在線檢測。傳統(tǒng) 的光纖PH傳感技術(shù)的核心是光纖纖芯表面敏感膜的制作，它不僅需要將光纖的包層融掉， 而且還需要選擇合適的敏感材料。本身將普通的光纖做成傳感器件就是一件很不容易的事 情，若只是在纖芯上做工藝，對其工藝的要求就更高了 ；而且通常選擇的敏感材料的可逆性 較差，限制了其發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有光纖pH計(jì)的存在的缺陷，本發(fā)明提供一種靈敏度高、可逆性好、制作工 藝簡單以及能在惡劣的環(huán)境中工作的基于光場泄露模式的光纖PH計(jì)，包括光源部分101、 光纖傳導(dǎo)部分102、光纖傳感部分103和光信號接收與處理部分104。所述光源部分101，如圖4所示，光源為工作在不同波長的激光二極管(401、404) 組成，通過耦合器402將不同波長的光耦合進(jìn)同一條光纖403進(jìn)行傳導(dǎo)。其不但能夠提供 寬譜光源，并且結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，容易實(shí)現(xiàn)。所述光纖傳導(dǎo)102部分是采用多模光纖，將光源部分101、光纖傳感部分103和光 信號接收與處理部分104相連。所述光纖傳感部分103是采用光場的泄露模式(包括多模光纖201和單模光纖 203焊接，以及采用對多模光纖301進(jìn)行拉錐)，其外面的敏感薄膜(202、302)采用的是一 種高分子導(dǎo)電化合物(聚苯胺)。敏感膜(202、302)是直接鍍在光纖的包層外面的，并沒有 將光纖的包層腐蝕掉。通過形成光場的泄露模式，部分光場是要通過敏感膜來傳導(dǎo)的。當(dāng) 外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，敏感膜的介電常數(shù)隨著外界環(huán)境發(fā)生相應(yīng)的變化，由此就可以改變 敏感膜對光信號的傳導(dǎo)和吸收特性，在接收端，我們通過示波器108可以明顯的觀察到接 收光譜的變化。所述光信號接收與處理部分104，主要包括光譜儀108，它可以幫助我們觀察到輸
3出光場的頻譜變化，從而得到外界環(huán)境PH值的變化。本發(fā)明的優(yōu)勢在光纖傳感部分103結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和敏感膜(202、302)的選擇上。傳 感部分103采用光場的泄露模式，大大簡化了對加工工藝的要求；敏感膜采用了高分子導(dǎo) 電化合物，其鍍膜厚度在um級，不僅具有很好的可逆性，而其大大提高了光纖PH計(jì)的響應(yīng) 時(shí)間。結(jié)合光纖的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以對惡劣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)距離的在線監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、例2的光纖PH計(jì)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的光纖傳感部分；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的光纖傳感部分；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1、例2的光纖pH計(jì)的光源部分意具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種光纖pH計(jì)。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一本發(fā)明提供一種光纖pH計(jì)。如圖1所示，該光纖pH計(jì)包括光源部分101、光纖傳 導(dǎo)部分102、光纖傳感部分103和光信號接收與處理部分104。本實(shí)施例中光源部分101，如圖4所示，光源為工作在不同波長的激光二極管 (401,404)組成，通過耦合器402將不同波長的光耦合進(jìn)同一條多模光纖403進(jìn)行傳導(dǎo)。其 不但能夠提供寬譜光源，并且結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，容易實(shí)現(xiàn)。所述402耦合器采用熔錐型或其他工藝制作。本實(shí)施例中光纖傳導(dǎo)部分102采用的是通信用的多模光纖，內(nèi)外芯徑尺寸為 62.5/125um。本實(shí)施例中光纖傳感部分103采用光場的泄露模式——多模光纖201和單模光纖 203焊接，如圖2所示，單模光纖的長度控制在Icm左右。接下來將聚苯胺202均勻的噴濺 到單模光纖203表面，噴濺厚度控制在Ium左右。本實(shí)施例中，所述光信號接收與處理部分104主要包括光譜儀108。實(shí)施例二如圖3所示為本發(fā)明的傳感部分的第二種實(shí)施方式。本發(fā)明提供一種光纖pH計(jì)。如圖1所示，該光纖pH計(jì)同樣包括光源部分101、光 纖傳導(dǎo)部分102、光纖傳感部分103和光信號接收與處理部分104。該光纖pH計(jì)2的傳感 部分303和第一種光纖pH計(jì)1的傳感部分204相比，有所不同。光纖pH計(jì)2的傳感部分 303的光場的泄露模式產(chǎn)生方法如圖3所示，僅僅是將普通多模光纖301進(jìn)行了拉錐，同樣 可以在光纖包層中形成光場的泄露模式。由于僅僅是對普通多模光纖301進(jìn)行了拉錐，因 此這種光纖PH計(jì)的制作過程更加簡單。和光纖pH計(jì)1相比，這種新的簡單的光纖傳感結(jié) 構(gòu)并沒有影響到其檢測的靈敏度。上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種光纖pH計(jì)結(jié)構(gòu)，包括光源部分、光纖傳導(dǎo)部分、光纖傳感部分和光信號接收與處理部分。光纖PH計(jì)的感應(yīng)部分采用光場的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一種高分子導(dǎo)電化合物(聚苯胺)，它由傳導(dǎo)多模光纖部分、單模光纖傳感部分以及敏感膜部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖PH計(jì)，其特征在于光纖PH計(jì)的敏感膜采用的是高分 子導(dǎo)電化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖PH計(jì)，其特征在于光纖PH計(jì)敏感膜厚度為微米量級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖pH計(jì)，其特征在于傳感部分采用光場的泄露模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖pH計(jì)，其特征在于泄露模式的產(chǎn)生采用多模光纖和單 模光纖焊接或?qū)Χ嗄９饫w進(jìn)行拉錐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于光纖傳感結(jié)構(gòu)的pH計(jì)，包括光源部分、光纖傳導(dǎo)部分、光纖傳感部分和光信號接收與處理部分。光纖傳感部分完成對外界環(huán)境酸堿度的感應(yīng)，將外界環(huán)境酸堿度轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)光纖中的光譜的變化，經(jīng)由光纖傳輸至光信號接收部分，可以精確地計(jì)算出外界環(huán)境pH值來。光纖pH計(jì)的感應(yīng)部分采用光場的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一種高分子導(dǎo)電化合物(聚苯胺)，可重復(fù)性好。敏感薄膜厚度為微米量級，大大縮短了pH計(jì)的響應(yīng)時(shí)間。而且本發(fā)明也可以作為光纖傳感系統(tǒng)的一部分，可以完成對危險(xiǎn)的環(huán)境變化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。
文檔編號G01N21/01GK101982760SQ20101028696
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者伍劍, 劉方森, 徐坤, 林金桐, 洪小斌, 郭宏翔 申請人:北京郵電大學(xué)