[發明專利]智能光纖PH傳感器

在審

• 申請號: 201510034149.6
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104568946A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 位耀光;胡雪倫;李道亮;陳英義;張力彩;劉春紅;孫明
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N21/80
• 分類號: G01N21/80
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 董琪;郝亮

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感器，具體地是一種可用于水產養殖或是生活用水監測中測量PH值的傳感器。

背景技術

我國的水產養殖技術水平基本代表了發展中國家的水平和發展方向，主要特點是：規模大，但仍以池塘自然生態條件下的養殖方式居多。在國內水產養殖的實際生產中，仍舊普遍缺乏對水質參數的實時監測，多是依靠現場取水樣，然后帶回實驗室分析化驗的方式進行，檢測過程復雜，需要有專職化驗員，費時費力，檢測成本高，另外在檢測過程中，需要使用多種化學藥劑，其廢液對環境有污染。最重要的是這種實驗室分析的方法難以做到對水質的原位實時快速監測，既影響了測量的精度，又無法應對水質的突然變化，難以滿足水產養殖信息化的要求。

因此，研制各種適用于水產養殖業的低成本的水質傳感器，對水產養殖環境實施長期在線監測，是實現智能化健康養殖的基礎，對于保障水產養殖高產、高效、安全、健康，實現水產養殖業的可持續發展具有重要的意義。

國內外pH值檢測方法的研究較多，一般可分為人工比色法和化學傳感器法。人工比色法屬于傳統的pH值檢測方法，優點是簡單易行，但精度相對較低，應用于非在線檢測的環境下。國內外研究比較多的電化學水質傳感器包括電極式和離子敏場效應管傳感器兩種。玻璃電極應用廣泛成本低但性能不穩定易漂移，使用壽命短，抗干擾能力差，每次測量前都需要重新標定，準確性低。離子敏場效應管雖然應用廣泛，測量方便，但存在一些局限，如：電極內阻和電阻溫度系數高，電極響應時間長和存在離子的干擾，不能進行在線測量等。光纖傳感器與傳統的各類傳感器相比有一系列獨特的優點，如靈敏度高，抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好，防爆，光路有可曲性，便于與計算機連接，結構簡單，體積小，重量輕，耗電少等。

光纖傳感器通過將不同的指示劑和聚合物載體組合起來，使傳感器的化學、物理、機械和光學特性隨之發生變化，被測物濃度的變化會引起指示劑光譜特性的變化，通過測量光的吸收、反射和熒光度等參數來測量被測物。近年來， 雖然有些能夠進行PH值檢測的光纖傳感器，但大都需要光譜儀對測量信號進行分析轉換，成本昂貴且不便于攜帶，無法安裝在應用環境中實現PH值的在線測量。因此，研究開發低成本的、環保的、能夠實現在線監測的光纖pH水質傳感器具有很重要的現實意義。

現有的光纖PH傳感器大多是利用光譜儀對信號進行分析處理，如分析敏感膜所反射或透射的光信號的光學性質，如吸收率、反射率、熒光性、能量轉移、折射率等，從而測出被測溶液的PH值。光譜儀成本高、不方便攜帶且只能用于實驗室環境中，不能用于現場進行在線監測?，F有的專利或文獻中，沒有成形的光纖PH傳感器探頭結構，大多是將敏感膜固定于光纖端面或是光纖側面，結構不穩定且只能用于實驗室環境中，不方便移植用于其它環境中，實用性不強。如中國專利文獻CN102841080A公開了一種用于PH值和溶解氧測量的雙參數光纖傳感器，包括光源、光纖頭、耦合器、培養皿、傳感器探頭、連接器、濾光片、光電器件、調理器、處理器以及調制器，傳感器探頭由光纖探針、Si層、聚合物基層和敏感膜組成。該測量裝置雖靈敏度高、實現了雙參數測量，但結構繁瑣復雜，需要經過調理器、處理器以及調制器層層處理，集成度低且沒有成型的裝置，不易攜帶，不能將該系統移植到現場測量環境中進行長期在線監測。采用的頻率域雙壽命參比方法，通過測量信號的衰變時間(即壽命)來間接測量熒光強度，將熒光信號的壽命比轉換成與被測參量濃度有關的相移信號，保證了測量的靈敏度，但專利中沒有具體介紹測量該相移的方法。

發明內容

本發明公開了一種光纖PH傳感器探頭，針對目前不能將該系統移植到現場測量環境中進行長期在線監測問題，旨在提供一種用于PH值測量的傳感器探頭結構，使傳感器結構簡單、體積小便于攜帶、易于安置在被測環境中。

本發明的再一個目的是提供整個智能光纖PH傳感器的設計，克服現有傳感器需要光譜儀對測量信號進行分析轉換，成本昂貴且不便于攜帶，無法安裝在應用環境中實現PH值的在線測量的缺點，克服檢測過程中因濁度或光源不穩定等影響帶來的光強變化，設計出實現低成本的、能在線檢測的光纖PH傳感器。

本發明采用如下技術方案。

本發明提供一種用于PH值測量的光纖PH傳感器探頭，該探頭包括光纖探 針、敏感膜、反射鏡、耦合器，外殼和外柵格防護罩，光纖探針尾部固定于外殼中，光纖探針端部置于的外柵格防護罩中，外柵格防護罩設有進出水孔，外柵格防護罩與外殼連接；