[實用新型]一種氧氣監測裝置

有效

• 申請號: 201520749009.2
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN205138994U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 周國瑞;苗心向;呂海兵;劉昊;程曉鋒;賈寶申;袁曉東;周海;李可欣;鄒睿
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本實用新型涉及一種氧氣監測裝置。

背景技術

檢測氧氣等氣體在工業控制、醫學、環境監測與保護以及生物化學等領域具有非 常廣泛的應用，因此發展快速、靈敏、高效的氧氣檢測方法與技術具有非常重要的意義。目 前，已應用的氧氣測量方法主要包括滴定法、電流分析法和光學法等。

滴定法由Winkler首次提出用于測定水中溶解氧濃度。該方法一直被作為溶解氧 濃度測量的標準方法持續多年。但該法操作困難、費時費力、干擾因素多、依靠經驗，且不易 實現在線實時監測，主要用于水相中氧氣的測定。

電流分析法由Heyrovsky首次提出用于溶解氧測定。該方法主要確定溶解氧濃度 和電流強度間的關系，經過多次改進，使得該方法不斷完善，不過該方法的電極體積大，相 應的儀器微型化十分困難。需要指出的是，上述的兩種方法及在其基礎上發展起來的其它 方法在使用過程中易受外界電場、磁場等因素的干擾。同時在易燃、易爆環境中使用時也存 在安全隱患。相比之下，光學法具有檢測精度高、操作方便、抗干擾能力強等優點。

在光學法中，微球傳感器、均相傳感器以其靈敏度高、選擇性好等優點在氧氣的選 擇性檢測方面得到應用，但是兩種傳感器難以器件化，易于污染待測體系及重復使用率差 等缺點限制其進一步發展。

發明內容

為克服已有技術中氧氣監測中的易受干擾、難以器件化、重復使用率、易于污染待 測體系等不足，本實用新型提供一種氧氣監測裝置，本實用新型的另一目的是提供一種氧 氣監測方法，能夠準確監測氧氣的濃度。

本實用新型的氧氣監測裝置，其特點是，所述的監測裝置包括激光發生裝置、2×2 耦合器3、微納光纖復合結構傳感單元4、信號光探測器5、參考光探測器11、放大器6、差分器 7、AD轉換器8、鎖相調制器9、微型計算機10，其中激光發生裝置含有窄線寬激光器1、光纖隔 離器2；所述的窄線寬激光器1的輸出端通過光纖連接至光纖隔離器2后，連接2×2耦合器3 的第一端口，2×2耦合器3第三端口通過光纖與微納光纖復合結構傳感單元4連接，2×2耦 合器3的第四端口通過光纖與參考光探測器11連接，信號光探測器5通過光纖與微納光纖復 合結構傳感單元4連接；信號光探測器5依次與放大器6、差分器7、AD轉換器8、鎖相調制器9、 微型計算機10連接。

所述的窄線寬激光器1與鎖相調制器9電連接，用于鎖相調制器9輸出電信號與激 光發生裝置的輸入電信號同步。

所述的微納光纖復合結構傳感單元4是由微納光纖以及溶膠凝膠氯化三聯吡啶釕 Ru(dpp)₃Cl₂混合物組成。

所述的微納光纖復合結構傳感單元4的直徑為1～4μm，微納光纖表面溶膠凝膠氯 化三聯吡啶釕Ru(dpp)₃Cl₂混合物的厚度為150nm。

所述的激光發生裝置通過2×2耦合器3，將所發生的激光分成兩路，所分出一路作 為信號光依次輸入至微納光纖復合結構傳感單元4、信號光探測器5，另外一路作為參考光 輸入至用于檢測參考光強度的參考光探測器11。

本實用新型中得放大器6、差分器7、AD轉換器8及鎖相調制器9集成至監測平臺中。

一種氧氣監測裝置的監測方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

a).將直徑為125微米的普通單模光纖SMF-28利用掃描熔融拉錐法拉制成直徑為1 ～4μm的微納光纖；

b).將氯化三聯吡啶釕Ru(dpp)₃Cl₂按照體積比1：1的比例溶于無水乙醇中得到混 合溶液，接著將混合溶液與配制的溶膠凝膠溶液按照體積比1：50的比例進行混合，充分攪 拌溶解；

c).將拉制好的微納光纖，利用提拉法鍍膜，膜層厚度150nm，并進行封裝，得到氧 氣微納光纖復合結構傳感單元；

d).將激光發生裝置所發生的激光作為信號光連接微納光纖復合結構；

e).微納光纖復合結構連接用于檢測信號光強度的信號光探測器；

f).激光發生裝置產生激光，所產生的激光通過微納光纖復合結構傳輸至信號光 探測器，信號光探測器檢測結果除以參考光探測器檢測結果得出由氧氣濃度不同所引起的 微納光纖復合結構膜層物理化學性質變化而產生的輸出光能量變化量；