[發(fā)明專(zhuān)利]全光纖反射式硝酸根濃度和溫度同時(shí)測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811029317.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109163759B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亞男;鄂思宇;趙勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種全光纖反射式硝酸根濃度和溫度同時(shí)測(cè)量裝置，包括上位機(jī)、光譜儀、Y型光纖、傳感單元和光源，傳感單元由多模光纖和單模光纖級(jí)聯(lián)而成，其中，多模光纖一端與Y型光纖相接，多模光纖另一端與單模光纖同軸熔接，單模光纖外表面及端面全覆蓋地鍍有金膜，外表面的金膜外鍍有硝酸根敏感膜；在硝酸根敏感膜外，從熔接端始沿單模光纖軸向到單模光纖一半長(zhǎng)度位置止，鍍有溫度敏感膜。本發(fā)明不僅制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且通過(guò)同時(shí)測(cè)量硝酸根濃度和溫度，可有效降低溫度對(duì)硝酸根濃度測(cè)量精度的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全光纖反射式硝酸根濃度和溫度同時(shí)測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

水污染問(wèn)題已經(jīng)成為世界各國(guó)都需面對(duì)的難題之一，水體中的硝酸鹽是一種主要的污染物，通常水中過(guò)量的硝酸鹽主要來(lái)自工業(yè)廢水，化肥污染和食物殘?jiān)母癄€等，過(guò)量的硝酸鹽會(huì)對(duì)生物的生存造成影響[Sevda S,Sreekishnan T R,Pous N,etal.Bioelectroremediation of perchlorate and nitrate contaminated water:Areview[J].Bioresource technology,2018.]。目前，檢測(cè)硝酸根濃度的主要方法有鎘柱還原法、離子電極法和離子色譜法，但這些方法設(shè)備昂貴，操作繁瑣，而且容易受到干擾。光纖傳感技術(shù)具有靈敏度高，響應(yīng)迅速，可以在線(xiàn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它可以避免電磁干擾，使其成為傳感領(lǐng)域的重要分支[Wei Y,Liu C,Zhang Y,et al.Multi-channel SPRsensor based on the cascade application of the Single-mode and multimodeoptical fiber[J].Optics Communications,2017,390:82-87.]。

光纖傳感器測(cè)量化學(xué)成分濃度可以采用光纖傳感器與敏感膜相結(jié)合的方法。當(dāng)待測(cè)的化學(xué)成分與敏感膜發(fā)生反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致敏感膜處折射率發(fā)生改變，利用光纖傳感器對(duì)折射率的高靈敏度來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分濃度的測(cè)量。目前利用光纖傳感器來(lái)測(cè)量折射率的方法主要有干涉型和SPR型傳感器。干涉型傳感器主要分為法布里-泊羅干涉?zhèn)鞲衅鳌ⅠR赫-曾德?tīng)柛缮鎮(zhèn)鞲衅骱瓦~克爾遜干涉?zhèn)鞲衅鳎@一類(lèi)傳感器是根據(jù)光的干涉現(xiàn)象而衍生出來(lái)的光纖傳感器，光的干涉譜會(huì)隨著折射率的變化而發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)折射率測(cè)量[Yang J,YangM,Guan C Y,et al.In-fiber Mach-Zehnder interferometer with piecewiseinterference spectrum based on hole-assisted dual-core fiber for refractiveindex sensing[J].Optics express,2018,26(15):19091-19099.]，但是干涉型光纖傳感器對(duì)折射率測(cè)量的靈敏度偏低。并且這類(lèi)傳感器在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)會(huì)經(jīng)常受到其他外界條件的干擾，干涉光譜不僅會(huì)隨著折射率的改變而發(fā)生改變，溫度也會(huì)導(dǎo)致干涉光譜發(fā)生移動(dòng)，會(huì)對(duì)折射率測(cè)量產(chǎn)生干擾。SPR型傳感器是近些年來(lái)眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[Yinquan,Y.Investigation for terminal reflection optical fiber SPR glucose sensor andglucose sensitive membrane with immobilized GODs[J].Optics Express,2017,25(4):3884-3898.]。該類(lèi)傳感器的諧振波長(zhǎng)會(huì)隨著折射率的改變而發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)折射率的測(cè)量。并且其折射率測(cè)量靈敏度高于干涉型傳感器。然而，這類(lèi)傳感器的測(cè)量信號(hào)同樣會(huì)受到溫度的干擾。

綜上，基于光纖的折射率測(cè)量傳感器目前仍存在受到溫度干擾的問(wèn)題。最為關(guān)鍵的是，當(dāng)前的對(duì)于硝酸根濃度和溫度同時(shí)測(cè)量的傳感器的性能仍沒(méi)有達(dá)到理想的程度。

發(fā)明內(nèi)容