一种基于三芯光纤的新型微纳结构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三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，其特征在于；该传感器包括SMF 1、NCF 1、three‑core fiber（TCF）、NCF 2和SMF 2，由它们依次熔接而成。熔接完成后，对TCF加热并拉锥。TCF未拉锥部分的直径为125μm，三条纤芯平行且等间距分布在光纤内的同一个平面内，各纤芯直径相等。TCF锥形部分的侧面涂覆有PAH/PAA多层聚合物复合纳米粒子薄膜。应用时，将该传感器置于待测pH值的溶液中，利用光纤光谱仪测量其输出光谱，即可解调出待测溶液的pH值。本实用新型专利技术具有制作成本低、工艺简单、稳定性高，结构紧凑，灵敏度高的优点，可应用于pH值的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器
本技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器。
技术介绍
光学生化传感器因其在环境监测和临床分析中的重要应用而得到迅速发展。在各种类型的生物化学传感器中，pH传感器是最基本的传感器之一。pH值是水溶液的重要理化参数之一，凡是涉及到水溶液的自然现象、化学变化以及生产过程都与pH值密切相关，因此pH值的控制或测量在生物学、临床医学、生态学等众多领域都具有重要意义。虽然滴定法已经使用了很长时间，但开发微型光学pH传感器仍然是一个非常活跃的研究课题。近年来，光纤pH传感器因其体积小、遥感能力强、在体测量安全等优点越来越受到人们的关注。光纤pH传感器通常可以分为两大类，一种类型的光纤pH传感器基于固定在基质材料中的pH指示剂。已提出的pH指示剂包括酸性染料，荧光素丙烯酰胺，百里酚蓝，乙基紫染料，中性红，伊红，二苦胺与维多利亚蓝的混合物，甲酚红，溴酚蓝和氯酚红的混合物等。指示剂的光学性质，包括吸光度、荧光强度和荧光寿命，可用于确定被测液体的pH值。另一类光纤pH传感器基于纳米结构薄膜的形态，通常称为膨胀。由于可膨胀膜(例如水凝胶或聚电解质沉积的纳米结构材料)的折射率(RI)取决于pH，因此可以通过测量外部RI设计pH传感器。由于大多数pH指示剂都在紫外线可见范围内工作，而大多数光纤组件都在近红外范围内工作，因此一种基于可溶胀膜的光纤pH传感器由于它与光纤传感器网络兼容并且传感器坚固耐用而具有竞争力。吸收型或荧光型pH传感器具有一些固有的缺点，它们受光强度波动、温度和指示剂浓度的影响。避免使用指示剂可以很好地解决由于指示剂的漂白或浸出而导致的劣化问题，从而使指示器成为用于在线pH监测应用的长期光纤传感器。现有的pH传感器存在一定的不足，传统的电化学pH传感器易受电磁信号干扰，在生理卫生、高酸碱环境等特殊领域的应用存在限制；利用指示剂的光学pH传感器存在指示剂漂白、泄露等不足。基于纳米结构薄膜的光纤pH值传感器，具有体积小、不带电、抗电磁干扰性能强和无污染等优点，在各类化学反应、环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本技术提出一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，具有灵敏度高、制作简单且结构紧凑等优点。本技术所采用的技术方案：一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，包括单模光纤1(SMF)、无芯光纤1(NCF)、三芯光纤、无芯光纤2和单模光纤2，由它们依次熔接而成。熔接完成后，对三芯光纤加热并拉锥，锥形段总长度为10mm～20mm，锥腰直径为4～15μm。三芯光纤未拉锥部分的直径为125μm，三条纤芯平行且等间距分布在光纤内的同一个平面内，间距为15-30μm，各纤芯直径相等，其值为3～9μm；无芯光纤的长度为500～1000μm。三芯光纤锥形部分的侧面涂覆有聚烯丙胺盐酸盐和聚丙烯酸(PAH/PAA)多层聚合物复合纳米粒子薄膜，其厚度为80～500nm。本技术与现有技术相比的有益效果是：1、本传感器的制备只涉及到单模光纤、无芯光纤和三芯光纤的熔接，其成本低廉和工艺简单。表面涂覆的聚烯丙胺盐酸盐和聚丙烯酸(PAH/PAA)多层聚合物复合纳米粒子薄膜有较低的温度灵敏度，可以减小传感器对环境温度的交叉灵敏度。2、本技术中对三芯光纤进行了拉锥处理，三芯光纤锥腰处的直径小，极大地提高了传感器的测量灵敏度和准确性。3、本传感器结构紧凑，体积小，降低了对待测样品体积的要求。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本技术作进一步说明。图1为本技术的结构示意图。图中：1.单模光纤1，2.无芯光纤1，3.三芯光纤，4.无芯光纤2，5.单模光纤2，6、PAH/PAA多层聚合物复合纳米粒子薄膜图2为三芯光纤未拉锥部分横截面结构示意图，其中三个小圆圈表示平行分布的三条纤芯。具体实施方式图1为本技术的结构示意图，包括单模光纤1(SMF)、无芯光纤1(NCF)、三芯光纤、无芯光纤2和单模光纤2，由它们依次熔接而成。熔接完成后，对三芯光纤加热并拉锥，锥形段总长度为10mm～20mm，锥腰直径为4～15μm。三芯光纤未拉锥部分的直径为125μm，三条纤芯平行且等间距分布在光纤内的同一个平面内，间距为15-30μm，各纤芯直径相等，其值为3～9μm；无芯光纤的长度为500～1000μm。三芯光纤锥形部分的侧面涂覆有聚烯丙胺盐酸盐和聚丙烯酸(PAH/PAA)多层聚合物复合纳米粒子薄膜，其厚度为80～500nm。应用时，将该传感器置于待测酸碱度的溶液中。传感器的单模光纤1和单模光纤2分别与宽带光源和光纤光谱仪相连。来自于宽带光源的光耦合进单模光纤1，在其纤芯中传输，随后进入无芯光纤1扩束，再耦合输入三芯光纤分为两部分，一部分光耦合进三芯光纤的纤芯，另一部分光耦合进三芯光纤的包层。由于三芯光纤具有锥形结构，尤其是锥腰处直径很细，因此纤芯中传输的光在经过锥形区域时很大程度上耦合进入包层。这两部分光经三芯光纤后再经无芯光纤2耦合进入单模光纤2直至传输给光纤光谱仪。由于三芯光纤的纤芯和包层有效折射率存在差异，因此经三芯光纤纤芯和包层传输的两部分光汇合时发生干涉现象，光纤光谱仪可直接测量该传感器的干涉光谱。进一步，三芯光纤包层的有效折射率受表面涂层折射率的调制。当传感器至于酸碱液体中时，PAH/PAA多层聚合物复合纳米粒子薄膜这种聚电解质纳米涂层的电离状态受到pH值的调节，电离状态的调节引起聚电解质纳米涂层的密度的变化，进而导致纳米涂层的折射率发生变化，从而最终导致该传感器的干涉光谱中谐振波长发生漂移。应用光纤光谱仪测量该传感器干涉光谱中谐振波长的漂移量，即可解调出待测溶液的酸碱度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，包括单模光纤1（SMF）、无芯光纤1（NCF）、三芯光纤、无芯光纤2和单模光纤2，由它们依次熔接而成，其中三芯光纤具有锥形结构，且锥形段总长度为10mm~20mm，锥腰直径为4~15μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，包括单模光纤1（SMF）、无芯光纤1（NCF）、三芯光纤、无芯光纤2和单模光纤2，由它们依次熔接而成，其中三芯光纤具有锥形结构，且锥形段总长度为10mm~20mm，锥腰直径为4~15μm。


2.根据权利要求1所述的一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，其特征在于：三芯光纤未拉锥部分的直径为125μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：何昊臻，徐贲，常冉，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33