[發明專利]一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202011402087.7
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112729596B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 祝連慶;郝家祺;張雯;何巍;何彥霖;孫廣開;李紅
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N21/25;G01N21/64;G02B6/255
• 代理公司: 北京恒律知識產權代理有限公司 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

1.一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

(a)制備具有內部空氣細腔的粗錐干涉結構，

步驟a1、將兩段單模光纖放在熔接機中通過擴徑光錐熔接方式熔接，熔接形成粗錐；步驟a2、對所述粗錐處進行大功率瞬時放電，使所述粗錐內部形成空氣狹縫；步驟a3、在所述粗錐區域進行多次放電，使其形成含有內部空氣細腔的粗錐干涉結構；

(b)制備鈣離子選擇性光極膜，

步驟b1、對顯色離子載體為ETH5294的鈣離子選擇性光膜各成分用量如下，使用質量濃度為5mmol/kg的ETH5294、10mmol/kg的NaTFPB、鈣離子載體為35mmol/kg的陽離子載體和質量為2mg的納米棒與PVC及DOS或NPOE制成100mg混合物后溶解；步驟b2、所得溶液劇烈晃動0.5h后超聲至少0.5h，得到均勻溶液；

(c)在粗錐干涉結構的光纖端面涂覆光極膜，

將制得的光極膜采用稀釋噴涂的方法噴涂于步驟(a)所制得的粗錐干涉結構的光纖端面上，避光揮發0.5h，完成鍍膜，膜厚為1μm-5μm。

2.根據權利要求1所述的溫度鈣離子濃度雙參數傳感器的制備方法，其特征在于，所述單模光纖型號為SFM-28的普通單模光纖，包層直徑125um，纖芯直徑9um。

3.根據權利要求1所述的溫度鈣離子濃度雙參數傳感器的制備方法，其特征在于，所述熔接機為日本Fujikura公司的80S高精度單芯熔接機。

4.一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器，其特征在于，所述溫度鈣離子濃度雙參數傳感器包括：

第一單模光纖和第二單模光纖，所述第一單模光纖與所述第二單模光纖之間通過擴徑光錐熔接方式熔接；

在第一單模光纖與第二單模光纖的熔接處，形成內部含有空氣狹縫和空氣細腔的粗錐干涉結構，其中，所述空氣狹縫和所述空氣細腔軸向均與所述粗錐干涉結構的縱向截面平行，并且所述空氣細腔的軸向長度6～7um；

在靠近所述粗錐干涉結構的光纖端面涂覆鈣離子光極膜；

當光依次經過所述空氣狹縫和所述空氣細腔在后，在所述粗錐干涉結構內形成三束光，使經過所述粗錐干涉結構的光實現三光束干涉。

5.根據權利要求4所述的一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器，其特征在于，所述粗錐錐區徑向長241um。

6.根據權利要求4所述的一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器，其特征在于，所述粗錐干涉結構光譜圖為大包絡疊小包絡形狀。

7.一種如權利要求4所述的溫度鈣離子濃度雙參數傳感器測試方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟701、進行溫度測量時，將粗錐干涉結構通過聚酰亞胺膠帶固定在加熱平臺上，通過環行器連接寬帶光源和光譜儀；

步驟702、將溫度控制由20攝氏度上升到100攝氏度，每隔十度記錄光譜；

步驟703、進行鈣離子濃度測量時，將粗錐干涉結構固定在第一二維位移平臺上，將毛細管固定在第二二維位移平臺上，并將所述第一二維位移平臺和所述第二二維位移平臺固定于光學平臺上；

步驟704、測試時精確控制毛細管內鈣離子溶液剛好與光纖端面鈣離子光極膜接觸，使毛細管內鈣離子溶液折射率在20度時由1.3317上升至1.3339，記錄8個點的光譜曲線。

8.根據權利要求7所述的一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器測試方法，其特征在于，當外界溫度升高時，所述粗錐干涉結構光譜譜線將會整體向右平移；當外界鈣離子濃度增加時，熒光光強變強，光譜譜線將會向上尖銳生長。

9.根據權利要求7所述的一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器測試方法，其特征在于，所述粗錐干涉結構對溫度測量具有良好的線性度；所述粗錐干涉結構對折射率在1.3317～1.3350范圍具有良好的線性度和高靈敏度。