[發(fā)明專利]一種基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111879691A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付廣偉;付興虎;陳翰;金娃;畢衛(wèi)紅
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N21/25
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：通過光纖跳線依次連接的光源、光纖傳感器以及光譜分析儀；所述光纖傳感器為基于表面等離子體共振的光纖腐蝕傳感器，包括傳感光纖和金屬薄膜，所述傳感光纖包層外表面一側(cè)設(shè)置有拋磨區(qū)域，所述金屬薄膜鍍在所述拋磨區(qū)域；所述光源發(fā)出的光信號經(jīng)過所述光纖跳線傳輸進(jìn)入所述光纖傳感器的傳感光纖，被測環(huán)境中的外部環(huán)境介質(zhì)會腐蝕所述金屬薄膜，激發(fā)金屬薄膜的表面等離子體共振，光纖傳感器將傳感光纖輸出的含有等離子體共振波的光信號通過所述光纖跳線輸入至所述光譜分析儀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光源為可以發(fā)射從可見光到紅外光波段的鹵素光源，輸出信號波長范圍為400nm-1000nm，最大輸出光功率為50mW。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光纖光譜分析儀的工作波長范圍為300nm-1000nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，所述傳感光纖為實心的多模光纖或單模光纖，多模光纖或單模光纖的直徑為125μm，其中，纖芯直徑為105μm，選擇光纖中間20mm長的一段剝除涂覆層，使用轉(zhuǎn)輪式光纖拋磨機進(jìn)行側(cè)邊拋磨，側(cè)邊拋磨長度為10mm，多模光纖的拋磨深度為50μm，單模光纖的拋磨深度為58.5μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，所述金屬薄膜采用可以產(chǎn)生表面等離子體共振且對外部環(huán)境介質(zhì)敏感的金屬材料，金屬薄膜厚度為30nm-60nm，鍍膜方式為磁控濺射鍍膜法。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測裝置，其特征在于，所述外部環(huán)境介質(zhì)為混合多種污染物的大氣，PH值呈現(xiàn)弱酸性，具有腐蝕性。

7.一種基于權(quán)利要求1所述裝置實現(xiàn)的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將光纖傳感器放置在被測環(huán)境中，光源發(fā)出的光信號經(jīng)過光纖跳線傳輸進(jìn)入光纖傳感器的傳感光纖；

S2、被測環(huán)境中的外部環(huán)境介質(zhì)會腐蝕金屬薄膜，激發(fā)金屬薄膜的表面等離子體共振，光纖傳感器將傳感光纖輸出的含有等離子體共振波的光信號通過光纖跳線輸入至光譜分析儀；在光譜分析儀觀測到的信號光譜中，在某一波長處出現(xiàn)明顯的光強下降谷，即為金屬薄膜的表面等離子體共振波長；

S3、當(dāng)大氣環(huán)境持續(xù)對金屬薄膜進(jìn)行腐蝕，金屬薄膜厚度繼續(xù)減小，金屬薄膜的表面等離子體共振波長發(fā)生漂移，記錄并分析光譜分析儀觀測到的金屬薄膜表面等離子體共振波長的變化就可以表征金屬薄膜厚度的變化，通過計算單位時間內(nèi)金屬薄膜的金屬腐蝕速率評估當(dāng)前大氣環(huán)境污染程度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測方法，其特征在于，所述光源的光譜范圍覆蓋所述光纖傳感器的工作波長范圍；所述光譜分析儀的工作波長范圍覆蓋所述光纖傳感器的工作波長范圍。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖表面等離子體共振的大氣腐蝕性監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S1中還包括在金屬薄膜上噴灑飽和氯化鈉。