一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器制造技术

本实用新型专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器，包括光源、微纳光纤和光谱仪，所述微纳光纤由光敏光纤拉锥制得，所述微纳光纤由位于中部的束腰均匀区和位于束腰均匀区两侧的过渡区组成，在所述束腰均匀区涂覆有多壁碳纳米管材料层，所述微纳光纤的左右两端分别与光源和光谱仪连接。本实用新型专利技术将微纳光纤和多壁碳纳米管材料相结合，将微纳光纤小型化、低成本、高灵敏度的优势与多壁碳纳米管材料良好的吸附性、优秀的物理和化学性能很好的结合在一起，通过监控不同染料浓度下光谱的漂移量来确定所测染料的具体浓度，为染料浓度的测定提供了新思路。路。路。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器


[0001]本技术属于传感器
，具体涉及一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器。

技术介绍

[0002]随着人类对色彩需求的不断增大，染料已经被广泛应用于纸张、纺织、化妆品、包装等各种行业，人类五颜六色的生活与染料息息相关。染料给人类带来多彩生活的同时，随之而来的是大量的染料废水，废水中的染料大部分是有害的，对于水体环境中的植物来说，会阻碍光的穿透从而抑制植物的光合作用，不利于水生生物的生长；对于人类来说，过多接触染料废水会使人的皮肤产生瘙痒、发炎等过敏反应，更严重的会使人中毒或者致癌。因此，只有严格监控染料废水中染料的浓度才会尽可能的减小对人类生活与环境的影响。本实验以茜素红S染料为例来解释说明。茜素红S是由茜素硫磺盐合成的一种染料，是众多着色工艺中应用最广泛的染料之一，同时它也是一种危险的有害物质。因其具有复杂的芳香分子结构使得它有稳定的物理化学性质，较难降解，因此对于水中茜素红S染料的浓度必须做到严格的把控。
[0003]目前对于染料浓度的检测主要为分光光度法等。近年来，随着光纤传感技术的飞速发展，小型化、低成本、高灵敏度的优势逐渐显现出来，光纤传感器在医疗、工业等各方面都发挥了很大的作用。因此亟待研发一种用于检测染料溶度的光纤传感器。

技术实现思路

[0004]本技术针对上述问题提供了一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器。
[0005]为达到上述目的本技术采用了以下技术方案：
[0006]一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器，包括光源、微纳光纤和光谱仪，所述微纳光纤由光敏光纤拉锥制得，所述微纳光纤由位于中部的束腰均匀区和位于束腰均匀区两侧的过渡区组成，在所述束腰均匀区涂覆有多壁碳纳米管材料层，所述微纳光纤的左右两端分别与光源和光谱仪连接。
[0007]进一步，所述光敏光纤的包层直径为125μm。
[0008]再进一步，所述过渡区的长度约为4mm，所述束腰均匀区的长度为10
‑
13mm、直径为7
‑
8μm。
[0009]更进一步，所述光源为1528
‑
1603nm波段的放大自发辐射光源。
[0010]更进一步，所述光谱仪的分辨率为0.03nm。
[0011]与现有技术相比本技术具有以下优点：
[0012]1、本技术将微纳光纤和多壁碳纳米管材料相结合，将微纳光纤小型化、低成本、高灵敏度的优势与多壁碳纳米管材料良好的吸附性、优秀的物理和化学性能很好的结合在一起，通过监控不同染料浓度下光谱的漂移量来确定所测染料的具体浓度，为染料浓度的测定提供了新思路；
[0013]2、本技术具有较广的检测范围，茜素红S染料浓度在0
‑
1000mg/L时都能被测到，特别是在0
‑
20mg/L较低浓度时检测结果更加精确,可以满足日常所需；
[0014]3、本技术与传统的分光光度法相比具有操作简单、成本较低、抗干扰能力强的优点；
[0015]4、本技术中的用于检测染料浓度的微纳光纤在经过去离子水水洗后可以多次重复使用，并且不会影响下一次的检测结果。
附图说明
[0016]图1为本技术的结构示意图；
[0017]图2为本技术的微纳光纤的结构示意图；
[0018]图3为本技术测量低浓度染料时波长的漂移图；
[0019]图4为本技术测量高浓度染料时波长的变化图；
[0020]图中，光源—1、微纳光纤—2、光谱仪—3、多壁碳纳米管材料层—4、束腰均匀区—201、过渡区—202。
具体实施方式
[0021]为了进一步阐述本技术的技术方案，下面通过实施例对本技术进行进一步说明。
[0022]如图1、图2所示，一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器，包括光源1、微纳光纤2和光谱仪3，所述微纳光纤2由光敏光纤拉锥制得，所述光敏光纤的包层直径为125μm，所述微纳光纤2由位于中部的束腰均匀区201和位于束腰均匀区201两侧的过渡区202组成，所述过渡区202的长度约为4mm，所述束腰均匀区201的长度为10
‑
13mm、直径为7
‑
8μm，在所述束腰均匀区201涂覆有多壁碳纳米管材料层4，所述微纳光纤2的左右两端分别与光源1和光谱仪3连接，所述光源1为1528
‑
1603nm波段的放大自发辐射光源，所述光谱仪3的分辨率为0.03nm。
[0023]微纳光纤2是将一段长约为3
‑
4cm的光敏光纤的涂覆层去掉，将其固定在位移台上，首先通过氢气火焰对其加热5s左右，然后通过位移台控制移动距离进行均匀的拉锥制得过渡区202长度为4mm，束腰均匀区201长度为10
‑
13mm、直径为7
‑
8μm的锥形的微纳光纤2。由于倏逝场的存在，当光进入左边过渡区域时会激发包层中的高阶模，当光进入右边过渡区域时纤芯基模和包层的高阶模会发生耦合，从而产生干涉，通过光谱仪3可以输出肉眼可见的干涉光谱。
[0024]多壁碳纳米管层4的涂覆：采用滴涂法实现微纳光纤表面多壁碳纳米管层4的附着，将多壁碳纳米管分散液滴加在微纳光纤2表面，待分散液干燥之后，即在微纳光纤表面形成一层多壁碳纳米管涂覆层4，均匀的多壁碳纳米管分散液是通过向无水乙醇中加入Nafion溶液，并将多壁碳纳米管粉末加入到无水乙醇中，通过超声30min之后得到的。
[0025]使用方法：将不同浓度的茜素红S染料溶液滴在微纳光纤2的多壁碳纳米管材料层4上。准确称取0.1g茜素红S粉末，使用100mL超纯水溶解，得到1000mg/L的茜素红S染料储备液。通过稀释得到2mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、250mg/L、500mg/L、1000mg/L这几种不同浓度的茜素红S染料溶液。然后按照浓度从低到高的顺序
分别滴加到微纳光纤2的多壁碳纳米管材料层4上，每种染料浓度溶液暴露三分钟后，观察并记录滴上不同浓度染料溶液后光谱仪的光谱变化。每检测完一种浓度的染料后就用去离子水清洗微纳光纤2表面，以确保不影响又一浓度的检测。
[0026]由于微纳光纤2表面的多壁碳纳米管材料层4是一种网状的孔隙结构，因此接触茜素红S染料溶液后会吸附染料分子。每种浓度的染料溶液都会产生不同的干涉光谱，通过光谱的变化就可以测得微纳光纤2传感器对不同浓度染料所产生的响应。
[0027]本专利采用滴涂法在微纳光纤2传感器表面形成均匀的多壁碳纳米管材料层4，光源1设备发射出光波通过微纳光纤2传输到光谱仪3。附着有多壁碳纳米管材料层4的微纳光纤2干涉仪可以利用倏逝波对周围环境的变化做出快速的响应，在不同的茜素红S染料浓度下会对应不同的的干涉光谱。通过光谱图的漂移可以测定出茜素红S染料的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器，其特征在于：包括光源(1)、微纳光纤(2)和光谱仪(3)，所述微纳光纤(2)由光敏光纤拉锥制得，所述微纳光纤(2)由位于中部的束腰均匀区(201)和位于束腰均匀区(201)两侧的过渡区(202)组成，在所述束腰均匀区(201)涂覆有多壁碳纳米管材料层(4)，所述微纳光纤(2)的左右两端分别与光源(1)和光谱仪(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种用于检测染料浓度的锥形结构光纤传感器，其特征在于：所述光敏光纤的包层直径为125μm。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝耀辉，孙丹丹，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：新型
国别省市：