專利名稱：一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的PH值傳感器。
背景技術(shù)：
pH值是表示溶液中氫離子濃度的一種標(biāo)準(zhǔn)，也是人們常用的溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量和控制pH值在生物醫(yī)學(xué)診斷、臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程建筑和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都具有現(xiàn)實(shí)而重要的意義。例如，在海水和天然水中，pH值和水中的生物或化學(xué)過(guò)程有著極為密切的關(guān)系，通過(guò)監(jiān)控可以迅速了解到大氣、生物與水之間的相互關(guān)系；在生物醫(yī)學(xué)上，活體血液的pH值一般處于6. 0-8. O之間，一旦出現(xiàn)pH值的大幅度波動(dòng)，就有可能出現(xiàn)活體的生理病狀；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，控制土壤的PH值使之適應(yīng)所生長(zhǎng)的植物的酸堿環(huán)境，有利于產(chǎn)生高效的農(nóng)作物；在工業(yè)中，使用pH計(jì)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中處理的污水，保證污水的排放安全等。光纖傳感器具有抗電磁干擾、易微型化、耐腐蝕、測(cè)量精度高、適于易燃易爆環(huán)境下使用以及遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳感等優(yōu)點(diǎn)。目前，基于光纖的PH值傳感器大量涌現(xiàn)，缺點(diǎn)是不能解決環(huán)境溫度和光源波動(dòng)弓I起的交叉敏感效應(yīng)。一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器采用刻有傾斜光纖光柵的單模光纖與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖束腰放大熔接所得，制作簡(jiǎn)單，成本低廉。本發(fā)明就是在傾斜光纖光柵上涂覆一層PH敏感膜來(lái)實(shí)現(xiàn)pH值的傳感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器，以解決光纖PH值傳感器溫度引起的交叉敏感效應(yīng)。所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器，其特征是包括寬帶光源、1X2光纖耦合器、束腰放大熔接點(diǎn)、傾斜布拉格光纖光柵、pH敏感膜、光電二極管和數(shù)據(jù)處理模塊，傾斜布拉格光纖光柵與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖束腰進(jìn)行放大熔接，構(gòu)成傳感裝置的傳感探頭，所述的I X 2光纖耦合器a端其中一根光纖與自發(fā)輻射寬帶光源相連，b端與傳感探頭相連，a端另一根光纖與光電二極管相連,光電二極管與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端相連。所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器,其特征在于所述的傾斜布拉格光纖光柵是刻蝕在載氫的光敏單模光纖上制成的，光柵周期約為1070nm,柵區(qū)長(zhǎng)度為3-5cm，光柵條紋與光纖軸線夾角約為3° -8°。所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器,其特征在于所述的束腰放大熔接點(diǎn)可將反射包層模放大耦合到纖芯中傳輸。所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器,其特征在于所述的PH敏感膜是由無(wú)毒的聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)熱交聯(lián)的水凝膠。
本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于利用束腰放大熔接技術(shù)，大大提高反射包層模與芯模之間的耦合效率，從而提高了系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度，傾斜光纖光柵的布拉格反射模不受PH值影響的特性，可以補(bǔ)償光源功率波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，同時(shí)外界溫度變化不影響反射光譜強(qiáng)度，測(cè)量結(jié)果不受環(huán)鏡溫度的影響。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器，包括寬帶光源1、1X2光纖耦合器2、束腰放大熔接點(diǎn)3、傾斜布拉格光纖光柵4、pH敏感膜5、光電二極管6、數(shù)據(jù)處理模塊7,所述的傾斜布拉格光纖光柵4與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖進(jìn)行束腰放大熔接形成束腰放大熔接點(diǎn)3，所述的1X2光纖耦合器2的a端一根光纖與寬帶光源I相連，b端與束腰放大熔接點(diǎn)3相連，a端另一根光纖依次經(jīng)光電二極管6與數(shù)據(jù)處理模塊7的輸入端相連，所述的PH敏感膜5涂覆在傾斜布拉格光纖光柵4的表面，該材料的折射率隨外界溶液的PH值變化而變化。本發(fā)明裝置的工作方式為寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)1X2光纖耦合器a端口其中一根光纖輸入到1X2光纖I禹合器，由b端口輸出的光經(jīng)束腰放大熔接點(diǎn)輸入到傾斜布拉格光纖光柵，傾斜布拉格光纖光柵反射光由布拉格反射模和一系列包層模組成，通過(guò)束腰放大熔接技術(shù)將這些包層模與芯模之間實(shí)現(xiàn)放大耦合，重新進(jìn)入單模光纖的纖芯傳輸，反射光經(jīng)I X 2光纖耦合器a端口另一根光纖輸出。傳感探頭反射回來(lái)的包層模光信號(hào)經(jīng)IX 2光纖耦合器、光電二極管，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊。PVA/PAA水凝膠的折射率受液體PH調(diào)制，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)光電信號(hào)的幅度值與折射率的關(guān)系可以算出相應(yīng)的水凝膠折射率，通過(guò)水凝膠折射率可以計(jì)算相應(yīng)的PH值。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)pH測(cè)量的關(guān)鍵為利用束腰放大熔接技術(shù)，大大提高反射包層模與芯模之間的耦合效率，從而提高了系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度，PVA/PAA水凝膠配置重量分?jǐn)?shù)為15% PVA和7. 5% PAA的溶液，并在溫度為80°C下攪拌I小時(shí)，待溶解后，將PVA和PAA溶液以重量比4 I比例混合，并用去離子水稀釋成不同濃度的混合溶液，在60°C下攪拌形成透明均勻稠狀溶液，其PH值的增大使得水凝膠薄膜的折射率減小。
權(quán)利要求
1.一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的PH值傳感器，其特征是包括自發(fā)輻射寬帶光源(1)、1X2光纖耦合器(2)、束腰放大熔接點(diǎn)(3)、刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)、pH敏感膜(5)、光電二極管(6)和數(shù)據(jù)處理模塊(7),所述的刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖進(jìn)行束腰放大熔接，構(gòu)成傳感裝置的傳感探頭，所述的1X2光纖率禹合器⑵的a端其中一根光纖與自發(fā)福射寬帶光源⑴相連，b端與傳感探頭相連，a端另一根光纖依次與光電二極管(6)相連、數(shù)據(jù)處理模塊(7)的輸入端相連,所述的pH敏感膜(5)涂覆在刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器，其特征在于所述的刻有傾斜光纖光柵的單模光纖(4)是載氫的光敏光纖，光柵周期約為1070nm，柵區(qū)長(zhǎng)度為3-5cm，光柵條紋與光纖軸線夾角約為3° -8°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器,其特征在于所述的束腰放大熔接點(diǎn)(3)可將反射包層模耦合到纖芯傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器,其特征在于所述的PH敏感膜(5)是由無(wú)毒的聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)熱交聯(lián)的水凝膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于傾斜光纖光柵傾斜光纖光柵束腰放大熔接技術(shù)的pH值傳感器，利用pH敏感膜的折射率受液體pH調(diào)制，反射的包層模受外界折射率的調(diào)制和布拉格反射模不受外界折射率調(diào)制，同時(shí)利用束腰放大熔接技術(shù)制成的。包括寬帶光源、耦合器、傾斜布拉格光纖光柵、pH敏感膜、光電二極管。從傾斜光纖光柵返回的包層模經(jīng)束腰放大熔接后進(jìn)入光纖纖芯傳輸，轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊，通過(guò)測(cè)量包層模的強(qiáng)度，得到pH敏感膜折射率，從而得到pH值。本發(fā)明利用外界溫度變化只影響反射光譜的波長(zhǎng)小范圍漂移，可以有效避免溫度變化對(duì)測(cè)量的影響，同時(shí)傾斜光纖光柵的布拉格反射模不受外界折射率影響的特性，可以避免寬帶光源波動(dòng)對(duì)pH測(cè)量結(jié)果的影響。
文檔編號(hào)G01N21/41GK103033489SQ201210554979
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者安佳麗, 梁厚慧, 金永興 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院