一种基于马赫-曾德尔干涉的Cu2+光纤传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于马赫

【技术实现步骤摘要】
一种基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器


[0001]本技术涉及光纤传感器
，尤其是涉及一种基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器。

技术介绍

[0002]铜是人类最早发现的重金属化学元素，是与人类生活息息相关的金属之一，它是人体不可或缺的微量元素，在许多转移蛋白中起着关键作用，如漆酶、抗坏血酸氧化酶和铜蓝质酶。Cu
2+
离子同时也被广泛应用于机械制造、建筑工业、国防工业等，但工业废水的不当处理和大量的建筑工业造成了环境土壤Cu
2+
离子浓度严重超标，呈现高污染状态，人体一旦摄入过量的铜离子，会导致体内蛋白质、脂质和核酸失衡，严重时甚至会导致神经退行性疾病、囊性纤维化及Menkes疾病。因此，Cu
2+
离子浓度的精准检测对于医学监测等许多领域都具有非常重要的意义，研制一种低耗高效环保的传感器也是人们一直以来追求的目标。
[0003]在研究人员的不懈努力下，目前已经提出了多种检测Cu
2+
离子的方法，如荧光光谱法、电化学法、光热效应法、比色法以及等离子体共振(SPR)法，这些方法都可以对Cu
2+
浓度进行有效的检测。但化学方法所需化学试剂较多，易造成二次污染的风险，且实验步骤繁琐，检测过程耗时较长。而SPR方法，虽检测灵敏度较好，但是需要金等贵重金属材料，且传感器制作工艺复杂。所以研制一种检测极限低而又制作简单成本低廉的传感器是很有必要的。
[0004]光纤传感器由于具有抗电磁干扰、重量轻、带宽大、耐腐蚀、易于实现多波段或分布式遥感等优点，已经广泛应用于检测温度、湿度、折射率以及气体等，近年来，水凝胶作为一种环保材料，具有稳定的溶胀能力，可重复使用，使用特定功能水凝胶检测重金属离子也成为了一个新的研究热点。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器，相比于传统该类Cu
2+
检测传感器，具有低成本、高灵敏度、高精确性、环保高效的优势。
[0006]本技术提供一种基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器，包括：依次设置的宽带光源、恒温恒湿箱、光谱分析仪；
[0007]所述恒温恒湿箱中依次设置有光纤布拉格光栅和传感结构，所述光纤布拉格光栅和传感结构均放置于Cu
2+
溶液中；
[0008]所述传感结构包括依次连接的输入端光纤、分光区第一段光纤、传感区光纤、合光区第二段光纤、输出端光纤；所述输入端光纤与宽带光源连接，所述输出端光纤与光谱分析仪连接。
[0009]进一步地，所述宽带光源的光源波段采用C+L通信波段。
[0010]进一步地，所述传感结构级联布拉格光纤光栅。
[0011]进一步地，所述传感区光纤的原有包层被腐蚀掉，其上涂敷有对Cu
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具有特异结合
性的水凝胶作为传感膜。
[0012]进一步地，所述传感膜采用咪唑类化合物和聚合物作为功能单体，结合交联剂以及UV引发剂，超声溶解于一定量的去离子水中制得。
[0013]进一步地，所述光纤传感器通过温度校准来避免温度交叉敏感问题，所述温度校准表示为所述光纤传感器波长偏移量Δλ与Cu
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浓度、环境温度的表达关系，具体为：
[0014]Δλ＝
‑
2.2143
×
10
10
C+2.9010
×
10
‑2(T
‑
24)+4.9797
×
10
‑4(T
‑
24)2[0015]其中，Δλ表示光纤传感器的波长偏移量，C表示检测到的Cu
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浓度，T表示实验测量时的环境温度。
[0016]与现有技术相比，本技术的优点和积极效果至少包括：
[0017]1、本技术所构造的传感器，不需要复杂的光路设计搭建和昂贵的金属材料，大大降低了传感器的成本；且相比较于化学检测方法，所用化学物质少，操作步骤简单，更加环保高效。
[0018]2、本技术通过传感结构级联布拉格光纤光栅和进行了控制浓度改变温度的校准实验，提出了温度校准公式，消除了温度对浓度检测的交叉敏感问题，使检测结果更精确有效。
[0019]3、本技术还使用了喷雾式镀膜法，可以使水凝胶更均匀地附着在传感端表面且更容易固定涂敷位置以获得更好的检测性能，具有涂敷效率高，节省凝胶原料以及不易损坏光纤拼接结构等显著优点。
附图说明
[0020]图1是本技术Cu
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光纤传感器的结构示意图；
[0021]图2是本技术传感结构的结构示意图；
[0022]图3是一种实施例中本技术Cu
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光纤传感器在特定温度下干涉波长位移与浓度变化关系拟合曲线示意图；
[0023]图4是一种实施例中本技术Cu
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光纤传感器在特定浓度下干涉波长位移与温度变化关系拟合曲线示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本技术中的操作流程和加强方法，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他工具，都属于本技术保护的范围。
[0025]需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、依次
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0026]另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术
人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0027]需要说明，本技术实施例中所使用的具体参数或数量，仅仅是本技术实施例中所使用的几组可能的或较优的搭配，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器，其特征在于，包括：依次设置的宽带光源、恒温恒湿箱、光谱分析仪；所述恒温恒湿箱中依次设置有光纤布拉格光栅和传感结构，所述光纤布拉格光栅和传感结构均放置于Cu
2+
溶液中；所述传感结构包括依次连接的输入端光纤、分光区第一段光纤、传感区光纤、合光区第二段光纤、输出端光纤；所述输入端光纤与宽带光源连接，所述输出端光纤与光谱分析仪连接。2.根据权利要求1所述的基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器，其特征在于，所述宽带光源的光源波段采用C+L通信波段。3.根据权利要求1所述的基于马赫
‑
曾德尔干涉的Cu
2+
光纤传感器，其特征在于，所述传感结构级...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘震，黄旭光，周桂耀，谢长鑫，李耕松，张傲岩，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：