专利名称：一种光纤pH计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤传感器，特别涉及一种光纤PH计。
背景技术：
光纤传感器是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它用光作为敏感信息的载体， 用光纤作为传递敏感信息的媒质。它具有抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实 现对被测信号的远距离监控等优点，并且可用于易燃易爆以及射线污染等危险环境下的检 测。它拥有机械、电子等传统传感技术所无法比拟的技术优势。目前，PH计广泛应用于我 们的生产生活当中。传统的检测液体PH值的方法主要有电势电极法(如玻璃膜电极)和 PH试纸法。应用了电势电极法的pH计的可逆性比较好，但其劣势也很明显反应时间长、 灵敏度低、体积大，更不用说完成对恶劣环境的实时监测了。PH试纸法除了价格便宜，更是 难寻其优点。光纤pH计是利用光纤传感原理制作出来的pH计。与传统的pH计相比，它具有极 高的灵敏度、反应时间快等优点，而且还可以对恶劣环境进行远距离、实时在线检测。传统 的光纤PH传感技术的核心是光纤纤芯表面敏感膜的制作，它不仅需要将光纤的包层融掉， 而且还需要选择合适的敏感材料。本身将普通的光纤做成传感器件就是一件很不容易的事 情，若只是在纤芯上做工艺，对其工艺的要求就更高了 ；而且通常选择的敏感材料的可逆性 较差，限制了其发展。

发明内容
鉴于现有光纤pH计的存在的缺陷，本发明提供一种灵敏度高、可逆性好、制作工 艺简单以及能在恶劣的环境中工作的基于光场泄露模式的光纤PH计，包括光源部分101、 光纤传导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。所述光源部分101，如图4所示，光源为工作在不同波长的激光二极管(401、404) 组成，通过耦合器402将不同波长的光耦合进同一条光纤403进行传导。其不但能够提供 宽谱光源，并且结构简单、价格低廉，容易实现。所述光纤传导102部分是采用多模光纤，将光源部分101、光纤传感部分103和光 信号接收与处理部分104相连。所述光纤传感部分103是采用光场的泄露模式(包括多模光纤201和单模光纤 203焊接，以及采用对多模光纤301进行拉锥)，其外面的敏感薄膜(202、302)采用的是一 种高分子导电化合物(聚苯胺)。敏感膜(202、302)是直接镀在光纤的包层外面的，并没有 将光纤的包层腐蚀掉。通过形成光场的泄露模式，部分光场是要通过敏感膜来传导的。当 外界环境发生变化时，敏感膜的介电常数随着外界环境发生相应的变化，由此就可以改变 敏感膜对光信号的传导和吸收特性，在接收端，我们通过示波器108可以明显的观察到接 收光谱的变化。所述光信号接收与处理部分104，主要包括光谱仪108，它可以帮助我们观察到输
3出光场的频谱变化，从而得到外界环境PH值的变化。本发明的优势在光纤传感部分103结构的设计和敏感膜(202、302)的选择上。传 感部分103采用光场的泄露模式，大大简化了对加工工艺的要求；敏感膜采用了高分子导 电化合物，其镀膜厚度在um级，不仅具有很好的可逆性，而其大大提高了光纤PH计的响应 时间。结合光纤的优点，本发明可以对恶劣环境进行实时、远距离的在线监测。


图1为本发明实施例1、例2的光纤PH计的总体结构示意图；图2为本发明实施例1的光纤传感部分；图3为本发明实施例2的光纤传感部分；图4为本发明实施例1、例2的光纤pH计的光源部分意具体实施例方式本发明提供一种光纤pH计。以下结合附图对本发明进行详细说明。实施例一本发明提供一种光纤pH计。如图1所示，该光纤pH计包括光源部分101、光纤传 导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。本实施例中光源部分101，如图4所示，光源为工作在不同波长的激光二极管 (401,404)组成，通过耦合器402将不同波长的光耦合进同一条多模光纤403进行传导。其 不但能够提供宽谱光源，并且结构简单、价格低廉，容易实现。所述402耦合器采用熔锥型或其他工艺制作。本实施例中光纤传导部分102采用的是通信用的多模光纤，内外芯径尺寸为 62.5/125um。本实施例中光纤传感部分103采用光场的泄露模式——多模光纤201和单模光纤 203焊接，如图2所示，单模光纤的长度控制在Icm左右。接下来将聚苯胺202均勻的喷溅 到单模光纤203表面，喷溅厚度控制在Ium左右。本实施例中，所述光信号接收与处理部分104主要包括光谱仪108。实施例二如图3所示为本发明的传感部分的第二种实施方式。本发明提供一种光纤pH计。如图1所示，该光纤pH计同样包括光源部分101、光 纤传导部分102、光纤传感部分103和光信号接收与处理部分104。该光纤pH计2的传感 部分303和第一种光纤pH计1的传感部分204相比，有所不同。光纤pH计2的传感部分 303的光场的泄露模式产生方法如图3所示，仅仅是将普通多模光纤301进行了拉锥，同样 可以在光纤包层中形成光场的泄露模式。由于仅仅是对普通多模光纤301进行了拉锥，因 此这种光纤PH计的制作过程更加简单。和光纤pH计1相比，这种新的简单的光纤传感结 构并没有影响到其检测的灵敏度。上述实施例仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
权利要求
一种光纤pH计结构，包括光源部分、光纤传导部分、光纤传感部分和光信号接收与处理部分。光纤PH计的感应部分采用光场的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一种高分子导电化合物(聚苯胺)，它由传导多模光纤部分、单模光纤传感部分以及敏感膜部分组成。
2.根据权利要求1所述的光纤PH计，其特征在于光纤PH计的敏感膜采用的是高分 子导电化合物。
3.根据权利要求1所述的光纤PH计，其特征在于光纤PH计敏感膜厚度为微米量级。
4.根据权利要求1所述的光纤pH计，其特征在于传感部分采用光场的泄露模式。
5.根据权利要求4所述的光纤pH计，其特征在于泄露模式的产生采用多模光纤和单 模光纤焊接或对多模光纤进行拉锥。
全文摘要
本发明提供一种基于光纤传感结构的pH计，包括光源部分、光纤传导部分、光纤传感部分和光信号接收与处理部分。光纤传感部分完成对外界环境酸碱度的感应，将外界环境酸碱度转化为传导光纤中的光谱的变化，经由光纤传输至光信号接收部分，可以精确地计算出外界环境pH值来。光纤pH计的感应部分采用光场的泄露模式，其外面的敏感薄膜采用的是一种高分子导电化合物(聚苯胺)，可重复性好。敏感薄膜厚度为微米量级，大大缩短了pH计的响应时间。而且本发明也可以作为光纤传感系统的一部分，可以完成对危险的环境变化的实时动态监测。
文档编号G01N21/01GK101982760SQ20101028696
公开日2011年3月2日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者伍剑, 刘方森, 徐坤, 林金桐, 洪小斌, 郭宏翔 申请人:北京邮电大学