[發明專利]一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測系統及檢測方法在審

申請號：	201810867205.8	申請日：	2018-08-01
公開（公告）號：	CN109001121A	公開（公告）日：	2018-12-14
發明（設計）人：	徐坤;盧濤;張藝寶;卓美玲;徐回憶;周赟;李艷軍	申請（專利權）人：	河南工業大學
主分類號：	G01N21/17	分類號：	G01N21/17
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	450001 河南省鄭州市高新技***	國省代碼：	河南;41
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摘要：
搜索關鍵詞：	分布式光纖光柵在線檢測系統傳感器節點營養液pH 頻譜分析儀回波信號植物工廠狹縫檢測抗電磁干擾能力食品加工車間波分復用器定位精度高計算機分析栽培營養液準確度傳輸矩陣光纖光柵檢測系統寬帶光源數學模型在線檢測中心波長耦合器推導光纖測量量化傳輸計算機記錄
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【權利要求書】：

1.一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測系統，包括寬帶光源、波分復用器、耦合器、傳感器節點、頻譜分析儀和計算機；所述耦合器分別連接波分復用器、頻譜分析儀和傳感器節點；所述寬帶光源、波分復用器、耦合器、傳感器節點和頻譜分析儀之間分別采用光纖連接，所述頻譜分析儀與計算機之間為電連接。

2.根據權利要求1所述的一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測系統，其特征在于：所述的傳感器節點為基于石墨烯智能水凝膠的線性啁啾光纖光柵傳感器，由敏感涂層（1）、光纖光柵（2）、光纖包層（3）和光纖纖芯（4）組成；所述的敏感涂層（1）由摻雜有石墨烯微片層的智能水凝膠構成，智能水凝膠以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺（BIS）為交聯劑，過硫酸鉀（K2S2O8）為前驅體，石墨烯微片層的片徑為100~300nm，質量比為0.5%~1.0%；所述的光纖光柵（2）為線性啁啾光纖光柵，中心波長為1544nm，啁啾系數為0.2nm/cm，折射率調制度為1.5×10^-4。

3.一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1) 搭建如權利要求1所述的一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測系統，備用；

2）將傳感器節點分別布置在植物工廠內的多個栽培單元內，并進行固定，使其完全浸入營養液中；

3）打開系統各部件組成電源開關，在光纖中通入寬帶光信號，通過頻譜分析儀記錄光纖中回波信號，并傳輸給計算機處理；

4）在計算機中對采集到的回波信號頻譜特征進行分析，量化回波信號中的狹縫深度以及狹縫處的中心波長；

5）根據光纖光柵pH傳感器的V-I傳輸矩陣數學模型，推導傳感器節點處的pH水平以及傳感器節點的位置信息；

6）將檢測結果在計算機上進行實時展現。

4.根據權利要求3所述的一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測方法，其特征在于：所述步驟5）中的V-I傳輸矩陣數學模型確定方法，包括如下步驟：

1）搭建如權利要求1所述的一種分布式光纖光柵營養液pH在線檢測系統；

2）將已知位置的光纖光柵節點浸入已知pH的營養液中進行試驗，以營養液pH和光纖光柵位置為雙因素，營養液pH水平分別取3.4, 5.0, 6.5, 7.2, 8.0, 9.5和10.8，光柵位置分別取10cm, 20cm, 30cm, 40cm和50cm；

3）在頻譜分析儀中觀察光纖回波信號，分析回波信號的頻譜特征，包括狹縫深度和狹縫處的中心波長信息，并進行記錄；

4）分析試驗結果，建立光纖光柵傳感器的V-I傳輸矩陣數學模型。