一种基于细芯光纤马赫‑泽德干涉仪的pH值传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于细芯光纤马赫‑泽德干涉仪的pH值传感器，它由宽带光源1、第一单模光纤2、细芯光纤3、聚乙烯醇/聚丙烯酸膜4、第二单模光纤5、光谱分析仪6组成；其中细芯光纤3经过拉锥处理，并且表面镀有聚乙烯醇/聚丙烯酸膜4。当外界的pH值发生改变时，聚乙烯醇/聚丙烯酸膜的厚度和折射率发生变化。薄膜的有效折射率变化使得掺锗光纤纤芯和包层的相对折射率差发生改变，进而对干涉光相位条件带来影响，干涉光谱发生漂移。观察光谱分析仪中光谱的变化，就可以对待测溶液的pH值进行测量。本实用新型专利技术结构简单，成本低，灵敏度高，使用方便。

A sensor thin core fiber Maher Zehnder interferometer based on pH

The utility model discloses a sensor thin core fiber Maher Zehnder interferometer based on pH, which consists of 1 single-mode fiber broadband light source, the first 2, thin core fiber 3, PVA / PAA films 4, second, 6 and 5 single mode optical fiber spectrum analyzer; the thin core fiber 3 after tapering, and coated with PVA / PAA film 4. When the external pH value changes, the thickness and refractive index of polyvinyl alcohol / polyacrylic acid film change. The relative refractive index difference between the core and the cladding of Ge doped fiber is changed due to the change of effective refractive index of the thin film, which further influences the phase condition of the interference light and the drift of the interference spectrum. The pH value of the measured solution can be measured by observing the changes in the spectrum in the spectral analyzer. The utility model has the advantages of simple structure, low cost, high sensitivity and convenient use.

【技术实现步骤摘要】
一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器
本技术属于光纤传感
，尤其涉及一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器。
技术介绍
pH敏感聚合物薄膜已被实验证明和报道,pH通过改变膜的性能(溶胀/收缩)，例如折射率、表面积、厚度等，进而改变光纤的波导特性。聚乙烯醇和聚丙烯酸可以利用层层自组装技术生成聚合物膜。基于聚乙烯醇和聚丙烯酸水凝胶的pH传感器可以通过膜的溶胀/收缩感测外界环境中pH变化,具有快速响应和高重复性的优点。细芯光纤的纤芯直径相较其他光纤直径较小，从而具有较大的模场直径，由纤芯直径的不匹配而造成的模场直径不匹配，最终使纤芯中传输的光有了进入包层的条件，到达汇聚点时，具有不同相位通过不同光程的光，相互叠加形成干涉。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器，该传感器具有灵敏度高、工艺简单、成本低、实用性高等优点。本技术所采用的技术方案为：一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)、细芯光纤(3)、聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；其中细芯光纤(3)经过拉锥处理，并且表面镀有聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)，宽带光源(1)的输出端与第一单模光纤(2)的左端连接，第一单模光纤(2)的右端与细芯光纤(3)的左端连接，细芯光纤(3)的右端与第二单模光纤(5)的左端连接，第二单模光纤(5)的右端与光谱分析仪(6)的输入端连接。所述的宽带光源(1)的波长范围为1420nm-1620nm。所述的细芯光纤(3)的包层直径为125μm，纤芯直径为2.4μm，纤芯掺锗含量为98mol.％。在两段单模光纤中间熔接3mm的细芯光纤，进行拉锥，锥腰直径为60um，锥腰非均匀区的长度为1.5mm，均匀区的长度为2mm。所述的聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)是使用镀膜机，采用逐层镀膜的技术镀在拉锥处理后的细芯光纤(3)上，镀15层，聚乙烯醇和聚丙烯酸溶液的质量分数同为10％，两者按照体积比12:6进行混合。本技术的工作原理是：使用细芯光纤与单模光纤熔接形成单模-细芯-单模结构，结构中的细芯光纤一段进行拉锥处理，拉锥后的光纤纤芯和包层的直径减小形成微结构光纤传感器。使用镀膜机，采用逐层镀膜技术，将拉锥后的细芯光纤放在聚乙烯醇/聚丙烯酸的混合溶液中进行镀膜处理，聚乙烯醇/聚丙烯酸膜层与溶液中的酸碱离子相互作用引起膜层产生溶胀或收缩，其厚度和折射率发生变化。薄膜的有效折射率变化使得掺锗光纤纤芯和包层的相对折射率差发生改变，进而对干涉光相位条件带来影响，干涉光谱发生漂移。pH值减小时，聚乙烯醇/聚丙烯酸膜的有效折射率会增大，干涉光谱会产生蓝移。观察光谱分析仪中光谱的变化，就可以对待测溶液的pH值进行测量。本技术的有益效果是：细芯光纤进行拉锥处理后，在纤芯传输的光的有效模场面积变大，光纤包层的相对折射率的变化对光谱传输的影响较大，一方面可以激发出更多的包层模，对外界环境参量进行有效的监测，另一方面也使拉锥光纤传感器的灵敏度提高，具有更宽的动态响应范围，所以在一定程度上提高了该pH值传感器的性能。附图说明图1是本技术的一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器特征装置示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。参见附图1，一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)、细芯光纤(3)、聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)、第二单模光纤(5)、光谱分析仪(6)组成；其中细芯光纤(3)经过拉锥处理，并且表面镀有聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)，宽带光源(1)的输出端与第一单模光纤(2)的左端连接，第一单模光纤(2)的右端与细芯光纤(3)的左端连接，细芯光纤(3)的右与第二单模光纤(5)的左端连接，第二单模光纤(5)的右端与光谱分析仪(6)的输入端连接。第一单模光纤(2)，细芯光纤(3)，第二单模光纤(5)的连接，采用的光纤熔接机型号为Fujikura60s，程序设置为标准熔接。细芯光纤(3)的拉锥采用保偏光纤熔接机(HAD-SMF-100P)已有的拉锥程序，锥腰直径设置为60um，锥腰非均匀区的长度设置为1.5mm，均匀区的长度设置为2mm。聚乙烯醇/聚丙烯酸膜(4)是使用镀膜机镀到细芯光纤(3)上的，具体为采用逐层镀膜的技术，将经过拉锥处理后的细芯光纤(3)放在聚乙烯醇/聚丙烯酸的混合溶液中进行镀膜处理，按照设定好的参数进行镀膜，镀膜结束后放入烤箱中在120℃下放置30分钟，再将细芯光纤(3)浸泡在去离子水中24h，将未发生反应的聚乙烯醇/聚丙烯酸聚合物分子从薄膜中除去。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于细芯光纤马赫‑泽德干涉仪的pH值传感器，其特征在于：由宽带光源（1）、第一单模光纤（2）、细芯光纤（3）、聚乙烯醇/聚丙烯酸膜（4）、第二单模光纤（5）、光谱分析仪（6）组成；其中细芯光纤（3）经过拉锥处理，并且表面镀有聚乙烯醇/聚丙烯酸膜（4），宽带光源（1）的输出端与第一单模光纤（2）的左端连接，第一单模光纤（2）的右端与细芯光纤（3）的左端连接，细芯光纤（3）的右端与第二单模光纤（5）的左端连接，第二单模光纤（5）的右端与光谱分析仪（6）的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于细芯光纤马赫-泽德干涉仪的pH值传感器，其特征在于：由宽带光源（1）、第一单模光纤（2）、细芯光纤（3）、聚乙烯醇/聚丙烯酸膜（4）、第二单模光纤（5）、光谱分析仪（6）组成；其中细芯光纤（3）经过拉锥处理，并且表面镀有聚乙烯醇/聚丙烯酸膜（4），宽带光源（1）的输出端与第一单模光纤（2）的左端连接，第一单模光纤（2）的右端与细芯光纤（3）的左端连接，细芯光纤（3）的右端与第二单模光纤（5）的左端连接，第二单模光纤（5）的右端与光谱分析仪（6）的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于细...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓航，刘益民，周孟晖，
申请(专利权)人：杭州铭迦网络科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33