本实用新型专利技术涉及一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，该系统由宽带光源、输入单模光纤、细芯光纤、输出单模光纤和光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入单模光纤入射到细芯光纤中，在细芯光纤中激发起对外界环境敏感的包层模式，并与芯层模式发生马赫曾德干涉，经过输出单模光纤入射到光谱仪上；当往细芯光纤上滴加不同浓度的待测明胶溶液时，会引起光纤周围折射率的改变，进而影响透射光衰减峰波长值的变化，拟合计算出衰减峰波长值与明胶溶液浓度的线性关系，通过检测透射光衰减峰波长值实现对明胶溶液浓度的测定。该光纤传感器具有结构简单、测量方便、灵敏度高等诸多优点。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及明胶浓度检测技术、光纤传感技术。利用细芯光纤作为检测光纤， 当明胶溶液浓度发生变化时，入射光在单模异芯光纤中形成全光纤式马赫增德尔干涉，通 过光谱仪检测透射光衰减峰波长值实现对明胶溶液浓度的测定。本技术具有结构简 单、制作方便、精确度高、低成本等诸多优点。
技术介绍
明胶是胶原部分水解而得到的一类蛋白质，同时也是一种智能天然高分子材料。 其具有良好的理化性质、生物学性能，可应用于临床医学、制作仿生智能材料、制备药物缓 解材料及药物载体材料等。研究表明其具有其它生物材料不可比拟的优势，是制造医用材 料的良好基材，对明胶的测定有着很重要的意义。在常见的蛋白质检测技术中，双缩脲法测 定蛋白质过程中易受缓冲液及硫酸铵等物质的干扰；紫外吸收法测定准确度较差，干扰物 质多，且测定时由于蛋白质吸收高峰常因 PH的改变而有变化，需时刻注意溶液PH值。上述 蛋白质检测方法大多操作复杂，抗干扰性差不适宜大规模实际检测蛋白质。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述问题，满足人们的需求，提出一种基于单模异 芯光纤结构的明胶浓度检测系统。与其它传感系统相比，其具有结构简单、制作方便、精确 度高、成本低等诸多优点。 为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种基于单模异芯光纤结构的 明胶浓度检测系统，由宽带光源、输入单模光纤、细芯光纤、输出单模光纤和光谱仪构成；宽 带光源发出的光在输入单模光纤中以基模的形式传输，当到达输入单模光纤与细芯光纤的 熔接点处时，由于芯径不匹配，一部分光进入细芯光纤包层中，以激发高阶包层模形式在包 层中传播，而另一部分光耦合进细芯光纤纤芯，以基模形式在纤芯内传播，两部分光经过细 芯光纤的传输后，在细芯光纤右端产生干涉，后干涉光重新耦合进输出单模光纤随后输入 光谱仪。当往细芯光纤上滴加待测明胶溶液时，由于外界环境折射率发生改变，使其透射光 衰减峰波长值发生改变，利用光谱仪对透射光衰减峰波长值进行测量，实现对明胶溶液浓 度的测定。光谱仪上透射光谱的峰值满足相长或相消干涉条件为： 上式中：《$(；〇为普通光纤纤芯的有效折射率，与入射光波长有关，并且不随外界 溶液折射率的变化而改变；(λ)为细芯光纤包层中第j阶模式的有效折射率，其与入射 光波长和外界溶液折射率都有关系；L是单模异芯结构细芯光纤的长度；next是周边溶液折 射率，和溶液浓度相关；A d是干涉信号的衰减峰波长，对应式（1)表示透射光谱某个波谷 处的波长。由式（1)可推导得到衰减峰波长随周围溶液折射率改变而变化的关系式： 衰减峰波长λ D会受周围溶液折射率的影响而产生偏移，通过测定衰减峰波长或 其偏移量而得到外界溶液折射率。就这一段细芯光纤来说，它的参考臂与传感臂分别是纤 芯和包层，即均源于同一光纤，所以这个干涉仪有效地削弱了外界环境（如温度）对两臂产 生的影响，而具有温度不敏感的优点。 本技术所述的宽带光源波长段为1400nm-1650nm，能够包含在单模异芯结构 光纤中发生马赫增德尔干涉所产生的衰减峰波长值，光谱分辨率为0.0 lnm。 本技术所述的输入单模光纤和输出单模光纤纤芯直径为8 μπκ包层直径为 125 μ m〇 本技术所述的细芯光纤为长度2cm，包层直径125 μL?，纤芯直径2· 1 μL?的单 模细芯光纤。 具有的特点优势为：1、结构简单，制作方便；2、精确度高；3、测定过程无需添加其 他试剂，分析方法简单；4、其他外界因素对其不灵敏等诸多优点；5、成本低。【附图说明】 图1为本技术的结构示意图； 图2为本技术实验结果图； 图3为本技术实验结果图。【具体实施方式】 如图1所示，它是一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统。由宽带光源 (1)、输入单模光纤（2)、细芯光纤（3)、输出单模光纤（4)和光谱仪（5)构成。搭建好实验装 置后往细芯光纤（3)上分别滴上不同浓度明胶溶液，使细芯光纤（3)与明胶溶液充分接触。 从宽带光源（1)发出的光由输入单模光纤（2)输入细芯光纤（3)中，并在细芯光纤（3)右 端发生干涉，后干涉光重新耦合进输出单模光纤（4)随后输入光谱仪（5)中，从而在光谱仪 (5)上观察到全光纤式马赫增德尔干涉光谱，并记录光谱仪（5)上干涉光的衰减峰波长值， 拟合出透射光衰减峰波长值与待测明胶溶液浓度的关系曲线，从而达到检测明胶溶液浓度 的目的。 如图2所示，为实验结果图，表示不同浓度明胶溶液下的透射光衰减峰波长相比 空气中透射光衰减峰波长发生漂移，由此光谱图拟合出透射光衰减峰波长值与不同浓度明 胶溶液线性关系图。 如图3所示，为实验结果图，表示透射光衰减峰波长值与不同浓度的明胶溶液呈 良好的线性关系，拟合系数为〇. 9794,灵敏度为2. 4744nm/RIU。 本领域技术人员清楚地知道，根据本技术的方法，可以对其它生物材料溶液 的浓度进行检测，宽带光源、输入单模光纤、细芯光纤、输出单模光纤、光谱仪等可以进行新 的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本技术的保护范围并不局限于以上实施例。【主权项】1. 一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，其特征是：由宽带光源（1)、输入 单模光纤（2)、细芯光纤（3)、输出单模光纤（4)、光谱仪（5)构成；从宽带光源⑴发出的光 经输入单模光纤（2)入射到细芯光纤（3)中，在细芯光纤（3)中激发起对外界环境敏感的 包层模式，并与芯层模式发生马赫曾德干涉，经过输出单模光纤（4)入射到光谱仪（5)上： 当往细芯光纤（3)上滴加不同浓度的待测明胶溶液时，会引起光纤周围折射率的改变，进 而影响透射光衰减峰波长值的变化，通过检测透射光衰减峰波长值实现对明胶溶液浓度的 测定。2. 根据权利要求1所述的一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，其特征 是：所述宽带光源（1)的波长段为1400nm-1650nm，能够包含在单模异芯光纤结构中发生马 赫曾德干涉所产生的衰减峰波长值，光谱分辨率为0.0 lnm。3. 根据权利要求1所述的一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，其特征 是：所述的输入单模光纤⑵和输出单模光纤⑷纤芯直径为8 ym、包层直径均为125 ym。4. 根据权利要求1所述的一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，其特征 是：所述的细芯光纤（3)为长度2cm，包层直径125 y m，纤芯直径2. 1 y m的单模细芯光纤。【专利摘要】本技术涉及一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，该系统由宽带光源、输入单模光纤、细芯光纤、输出单模光纤和光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入单模光纤入射到细芯光纤中，在细芯光纤中激发起对外界环境敏感的包层模式，并与芯层模式发生马赫曾德干涉，经过输出单模光纤入射到光谱仪上；当往细芯光纤上滴加不同浓度的待测明胶溶液时，会引起光纤周围折射率的改变，进而影响透射光衰减峰波长值的变化，拟合计算出衰减峰波长值与明胶溶液浓度的线性关系，通过检测透射光衰减峰波长值实现对明胶溶液浓度的测定。该光纤传感器具有结构简单、测量方便、灵敏度高等诸多优点。【IPC分类】G01N21/31【公开号】CN204964381【申请号】CN201520775232【专利技术人本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于单模异芯光纤结构的明胶浓度检测系统，其特征是：由宽带光源(1)、输入单模光纤(2)、细芯光纤(3)、输出单模光纤(4)、光谱仪(5)构成；从宽带光源(1)发出的光经输入单模光纤(2)入射到细芯光纤(3)中，在细芯光纤(3)中激发起对外界环境敏感的包层模式，并与芯层模式发生马赫曾德干涉，经过输出单模光纤(4)入射到光谱仪(5)上：当往细芯光纤(3)上滴加不同浓度的待测明胶溶液时，会引起光纤周围折射率的改变，进而影响透射光衰减峰波长值的变化，通过检测透射光衰减峰波长值实现对明胶溶液浓度的测定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林文敏，郎婷婷，卞继城，程强，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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