[發明專利]一種實時在線的光纖氧傳感器

無效

• 申請號: 200810013544.6
• 申請日: 2008-10-07
• 公開（公告）號: CN101713734A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 熊艷;關亞風;宋翠紅;徐靜;陳士恒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及光纖氧傳感器，具體地涉及一種實時在體、用于氣體中含氧量或水中溶解氧測定的光纖氧傳感器。

背景技術

氣態中氧含量及水中溶解氧濃度的測定，在工業、醫學及環境領域等方面的至關重要。傳統的氧測定方法為安培法(即Clark氧電極法)。氧電極法主要是通過分析物在電化學反應中對氧的消耗而產生的微小電流進行檢測。該法在可實現現場連續測量，但需要消耗氧，只能進行水體中氧的測定，且所用電極容易被毒化。光學氧傳感器在八十年代中期逐漸發展起來，它主要是利用氧作用熒光猝滅的原理來測定氧，不涉及氧的質量消耗，且測定所需的平衡時間很短，具有高靈敏度、易微型化、適于實時在線檢測等特點，已被廣泛應用于化學、生物、臨床醫學及環境監測等領域中。

發明內容

本發明的目的是提供一種實時在線的光纖氧傳感器，其利用氧熒光敏感膜，以激發光纖與發射光纖成一定角度組成光纖傳感探頭，以消除環境介質的干擾和得到最好的熒光收集效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明一種具有快速響應、易微型化、適于實時在線測量氣態氧及水中溶解氧的光纖氧傳感器，其包括光纖傳感探頭，所述光纖傳感探頭由頂端相互接觸的激發光纖和接收光纖構成，激發光纖和接收光纖的接觸端相互成20-90度的夾角，最好成夾角為50-70度，在60°角附近時達到最優值。

所述激發光纖的后端設置有激發光源、在激發光纖和接收光纖接觸端下方設置有氧熒光敏感膜，在接收光纖的后端設置有信號接收和處理系統，在接收光纖和信號接收和處理系統之間設置有濾光片。

在激發光纖和接收光纖的外側套設有探頭固定套筒組件；所述氧熒光敏感膜通常涂敷于載體玻璃片的下表面；所述氧熒光敏感膜通過緊固螺帽和密封“O”圈固定于一“U”字型桶狀的流通池池體內；

所述“U”字型桶狀的流通池池體下端開口或于池體下端開設有樣品入口和樣品出口，于氧熒光敏感膜下方形成一檢測腔。

所述的光纖傳感探頭由單根激發光纖與單根發射光纖組成或由2根或2根以上的激發光纖與發射光纖組成；激發光纖與激發光源耦合，將激發光傳輸至氧熒光敏感膜；發射光纖與濾光片及光電轉換器件耦合，用于收集和傳輸氧熒光敏感膜上的熒光。

所述的激發光源為高功率發光二極管或能發射出合適波長的脈沖燈；所述的信號接收和處理系統為光電轉換器件，如光電倍增管(PMT)、雪崩光電二極管(APD)、硅光電池(Si_PCell)或電荷耦合光電檢測器(CCD)；氧熒光敏感膜由對氧光敏感分子經溶膠凝膠技術固定在一定的無機或有機的透明材料內獲得；流通池池體和探頭固定套筒組件由金屬材質或高分子材料制成。

本發明具有如下優點：

所述的氧傳感器由激發光纖與發射光纖組成，二者經過優化成一定角度，可以消除環境介質的干擾并得到最大的熒光收集效率。將氧敏感膜安裝在探頭上，以高功率發光二極管或其它脈沖光源為激發光源，通過激發光纖照射到氧敏感膜，氧敏感膜所發射的熒光通過發射光纖收集和傳輸，經過濾光片后進入光電轉換器件接收并轉換成電信號。

本發明光纖氧傳感器，是基于由激發光源、光纖、光電轉換器件與氧敏感膜組合而成的。光纖氧傳感探頭可靈活地與不同的氧熒光敏感膜組合，極大地簡化了操作和儀器結構，有利于擴大儀器的應用范圍。與傳統的氧測定儀器及一般的光學氧傳感器相比，它具有成本低、響應迅速、穩定性和重復性好，不消耗氧等優點，易于實現傳感器的微小型化，且適于實時在線的檢測，可同時用于氣體氧和水中溶解氧的測定。

附圖說明

圖1為一種實時在線的光纖氧傳感器測定氣態氧/水中溶解氧的示意圖；

圖2為一種實時在線的光纖氧傳感器測定封閉體系中氣體氧含量/水中溶解氧的示意圖；

其中：1為激發光源(如：高功率發光二極管或脈沖式光源)，2為激發光纖，3為氧熒光敏感膜，4為接收光纖，5為濾光片，6為信號接收和處理系統(如：光電倍增管或硅光電池)，7為緊固螺帽，8為密封“O”圈，9為載體玻璃片，10為流通池池體，11為樣品出口，12為樣品入口，13為檢測腔；

圖3為所制備的光纖氧傳感器對氣態氧的響應，數據表明響應時間＜1s。

圖4為所制備的光纖氧傳感器對溶解氧的響應，數據表明響應時間＜25s。

具體實施方式

實施例1