[發(fā)明專利]用于氨氮污水降解監(jiān)測(cè)的級(jí)聯(lián)光纖光柵傳感器封裝體及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910035269.2
• 申請(qǐng)日: 2009-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN101713726A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾捷;梁大開;胡興柳;劉宏月;陸觀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;G01N21/41;G02B6/255
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術(shù)領(lǐng)域：

一種用于氨氮污水降解監(jiān)測(cè)的級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵傳感器的封裝及制作方法，屬于光纖光柵封裝和光纖傳感技術(shù)。

背景技術(shù)：

氨氮廢水對(duì)環(huán)境的影響已引起環(huán)保領(lǐng)域和全球范圍的重視，氨氮是一類普遍存在于生活污水、養(yǎng)殖場(chǎng)廢水和一些特殊工業(yè)廢水(如化肥、焦化、石化、制藥、食品等)中的有毒物質(zhì)，由于其普遍性和頑固性，很難將其去除。氨極易溶于水，在水中濃度高于0.1mg/L時(shí)就會(huì)危害水生生物生存，氮是一種植物營養(yǎng)素，富含氨氮的水中藻類將大量繁殖，造成水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重者還會(huì)引起水質(zhì)惡化甚至湖泊退化。

近20年來國內(nèi)外對(duì)氨氮廢水處理方面開展了較多的研究。研究范圍涉及生物、物理、化學(xué)等方法。其中三維電極電化學(xué)技術(shù)以其電極面積大、面/體比高、傳質(zhì)速度快等優(yōu)勢(shì)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。而超聲催化氧化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，與三維電極技術(shù)結(jié)合更是會(huì)產(chǎn)生非常好的降解效果。

測(cè)定及控制氨氮含量已成為污水排放中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，廢水中氨氮尤其是高濃度氨氮的降解監(jiān)測(cè)有著重要的意義。目前，主要應(yīng)用的氨氮濃度檢測(cè)方法有氣相分子吸收光譜法、納式試劑分光度法等。兩種方法雖然都能較準(zhǔn)確的測(cè)量出氨氮含量，但是都是離線測(cè)量，即通過化學(xué)方法處理后單獨(dú)采樣測(cè)定，操作復(fù)雜且實(shí)時(shí)性差，不適于大規(guī)?？焖贉y(cè)量。

長周期光纖光柵(long-period?fiber?grating簡稱LPG)因其具有比光纖布拉格光柵(Bragg?fiber?grating簡稱FBG)更高的溫度、彎曲靈敏度使其在傳感領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，但由于LPG的損耗峰的帶寬一般較寬，以致其分辨率降低，這在很多情況下影響了LPG的傳感應(yīng)用。將兩個(gè)參數(shù)完全相同的LPG刻寫在同一根光纖上即可實(shí)現(xiàn)LPG級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)后的LPG光譜特性較單個(gè)LPG有很大的變化，級(jí)聯(lián)長周期光柵作為長周期光柵的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)形式，除擁有長周期光柵諸多優(yōu)點(diǎn)外，還具有很多特殊性質(zhì)。級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵是一種新型的光纖光柵，國內(nèi)在此方面的研究尚處于起步階段，

級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵具有光纖光柵傳感器所共同的一系列優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、不受電磁干擾、本質(zhì)防爆、耐腐蝕、質(zhì)量輕、體積小、可埋入復(fù)合材料制成智能結(jié)構(gòu)等。級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵與單個(gè)長周期光纖光柵相比，級(jí)聯(lián)LPG有著較高的消光比，具有多個(gè)干涉峰，且每個(gè)干涉峰具有很窄的帶寬，比單個(gè)長周期光纖光柵的帶寬要窄很多倍。這些特點(diǎn)能大大提高測(cè)量的分辨率和靈敏度。這使得級(jí)聯(lián)LPG在光纖傳感領(lǐng)域能有著更加廣泛的應(yīng)用。

級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵由于其高響應(yīng)速度和易操作性非常適合于氨氮濃度的測(cè)量。用級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵測(cè)量液體的濃度和折射率結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全光纖化，具有良好的應(yīng)用前景。

據(jù)報(bào)道，級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的液體有NaCl溶液，蔗糖溶液等。大多采用裸光纖光柵直接進(jìn)行檢測(cè)。無論是國內(nèi)還是國外，應(yīng)用級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵對(duì)氨氮進(jìn)行檢測(cè)尚無先例。

現(xiàn)有的常規(guī)光纖光柵的封裝方式有光纖光柵封裝技術(shù)從功能上大致可以分為三類：1.保護(hù)性封裝，2.敏化封裝，3.補(bǔ)償性封裝。

級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵是無覆層的，而且級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵因?yàn)橛袃啥喂饫w光柵及中間一段用作傳感的光纖部分，整體長度相對(duì)于單個(gè)長周期光纖光柵要長的多，級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵應(yīng)用在惡劣的環(huán)境中，纖細(xì)柔軟，且因?yàn)檩^長的長度也很容易折斷，因此需要采用一些封裝方法，保護(hù)光柵。級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的中心波長易受溫度、應(yīng)變、壓力等物理量的影響而產(chǎn)生漂移，光纖光柵的溫度補(bǔ)償方法具體可以分為兩類：其一，有源方式，即由外加電路控制光柵器件所在的工作環(huán)境溫度，其二，無源方式，即以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)與材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，封裝使光柵產(chǎn)生一定的應(yīng)變，該應(yīng)變引入的波長的漂移應(yīng)可抵消由溫度變化引起的波長的漂移?，F(xiàn)有的封裝一般僅實(shí)現(xiàn)一種功能，該封裝集保護(hù)和與補(bǔ)償于一體，根據(jù)級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的結(jié)構(gòu)，提出了相應(yīng)的封裝，更好地保護(hù)了級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵，提高其使用壽命，且大大降低了級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵對(duì)溫度的靈敏度。因?yàn)闇y(cè)試的氨氮溶液相比于NaCl溶液，蔗糖溶液容易附著在光纖光柵上，按常規(guī)的方式整個(gè)級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵浸入液體，光柵段不僅很難清洗，而且清洗的過程很容易把級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵折斷。封裝中引入一個(gè)液槽，使待測(cè)溶液通過通孔進(jìn)入，用級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的兩端光柵之間的光纖作為傳感部分接觸液體，清洗時(shí)只需清洗光纖段即可，極大地提高了級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于氨氮污水降解監(jiān)測(cè)的級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵傳感器的封裝及制作方法，使其能夠更好的應(yīng)用于氨氮濃度和氨氮降解過程的檢測(cè)，具有溫度補(bǔ)償功能，便于清洗，使用壽命延長。