【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感领域，特别涉及一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法。
技术介绍
1、离子浓度传感技术在环境监测、化学分析和工业生产等领域起着至关重要的作用。它是测量液体或气体中离子种类和浓度的关键手段，对于了解环境污染、水质监测、化学过程控制等具有不可替代的价值。然而，传统的离子浓度传感器在这些领域中面临着一些挑战，例如局部监测范围、传感器数量多、布线复杂等问题，这限制了传统传感器的应用范围和实时监测能力。并且目前特殊的、针对化学镀膜溶液中离子浓度的监测及控制技术通常需要对被测液体取样，再通过质谱仪等设备进行定量分析，整体流程繁琐并且不能对溶液中离子浓度进行实时分析，因此技术具有时效性，不适用于在复杂多变的镀膜液体环境下对离子浓度的实时监测。
2、光纤传感技术逐渐崭露头角，并成为新兴的传感领域。光纤传感器的工作原理基于光的传输和传感材料与被测物理量之间的相互作用，其优点在于高灵敏度、高实时性、抗干扰性强等。与传统传感器相比，光纤传感器利用光信号的变化来感知被测物理量，使得其对微小的物理量变化具有高灵敏度，从而可以实现对微量物质的准确测量。光纤传感器响应速度快，能够在微秒级甚至纳秒级的时间尺度上实时监测物理量的变化，有助于迅速反馈实时数据。并且由于光纤传感器采用光信号传输，不受电磁干扰和辐射的影响，因此在复杂电磁环境中工作时，传感器具有较好的稳定性和可靠性。除此之外，光纤传感技术可以实现信号的长距离传输，使得传感器可以安置在复杂或危险环境中，远离数据采集点，从而增加了监测范围和应用场景。然
3、为了克服传统光纤传感技术的限制，并实现对大范围区域内离子浓度的实时监测，提出一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法。光纤分布式光纤传感技术是一种将传感材料均匀地分布在光纤内部，实现对整个光纤长度范围内离子浓度的分布式监测的新型传感技术。该技术利用光纤的全内反射特性和传感材料对离子浓度的响应，将传感器变成了一个连续的监测通道。通过分析光纤中传输光信号的特征变化，可以实时获取光纤所覆盖区域的离子浓度分布信息，从而实现对大范围区域内离子浓度的实时监测。与传统局部传感技术相比，分布式光纤传感技术在离子浓度传感中具有大范围监测的优势，分布式光纤传感技术可以覆盖光纤全长范围内的离子浓度变化，从而实现对大范围区域内的离子浓度进行实时监测。这在环境监测和工业生产中具有重要的意义，特别是在大型工厂、水体和污染源周围等需要全方位监测的场景中。同时，分布式光纤传感技术具有高实时性，能够快速响应离子浓度的变化，并即时反馈监测结果，为实时监测和迅速反应提供支持。在分布式光纤传感技术中，只需一根光纤即可实现多点监测，大大减少了传感器数量和布线复杂性，降低了成本，并且液体离子浓度分析等应用场景，分布式光纤传感器可以非侵入式地对液体进行测量，避免了传统离子浓度传感器可能对液体产生干扰的问题。
4、基于以上优势，分布式光纤传感技术在离子浓度传感领域的应用呈现出广泛的前景。例如，在环境监测中，可以将光纤传感器埋入地下水体或河流中，实时监测水体中铜离子等重金属离子的浓度，及时评估水体污染程度。在化学工业中，将光纤传感器嵌入化学反应器中，实时监测反应过程中铜离子浓度的变化，为反应控制和优化提供数据支持。在工业生产中，将光纤传感器布置在化学镀膜液体缸内，对铜离子浓度进行实时监测，确保镀膜质量和生产效率的稳定。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法。使用壳聚糖及聚丙烯酸高分子聚合物利用层层自组装技术在光纤表面进行均匀涂敷，通过聚合物膜层带电性能差异实现对待测离子的吸附，经过光纤表面拉锥处理后的包层高阶模在经过锥形区域时被漏泄而与外界环境接触，并且光纤表面的聚合物吸附离子而引起折射率改变形成对高阶模的调制，最终实现高精度、高响应度、抗电磁干扰、可分布式测量的重金属阳离子浓度传感系统。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法，其特征在于所述于实时监测化学镀膜溶液中铜离子浓度的光纤分布式传感技术及传感器制备方法实现包括以下步骤：步骤a、选用smf-28单模光纤并且使用剥线钳从中部位置切断光纤，剥除涂覆层，擦拭表面涂覆层粉末及灰尘；步骤b、使用切割刀处理光纤端面，使之平齐，并将两根经过端面处理的单模光纤使用光纤熔接机的光纤夹具夹持，并且将端面放置于熔接机电级棒附近；步骤c、使用自放电清洁对光纤端面进行灰尘清洁，对两根切割平齐的光纤进行预熔，完成预熔后对光纤进行续熔接，使得光纤产生凹陷结构进而形成锥形，完成对光纤马赫曾德尔结构的制备；步骤d、制备壳聚糖溶液，加入乙酸溶液，搅拌分散壳聚糖粉末。将溶液放在磁力加热搅拌台上，保持温度和搅拌稳定，溶解壳聚糖；步骤e、稀释聚丙烯酸，并且制备清洗液；步骤f、将制备完成得光纤干涉结构通过清洗液清洗，并且使用去离子水冲洗，完成后将其浸入壳聚糖溶液中静置5分钟，让壳聚糖在其表面形成一层薄膜；步骤g、将光纤干涉结构浸入聚丙烯酸溶液中静置5分钟，使聚丙烯酸吸附在壳聚糖膜表面，重复f-g步骤30次数，通过重复裹膜形成多层膜结构，并在多层膜结构的光纤放入80℃恒温箱中，加热4小时，促进热交联；步骤h、制备不同干涉臂长度的马赫曾德尔光纤，过熔接将光纤串联，连接宽带光源和光谱仪；步骤i、将带有马赫曾德尔结构的光纤干涉串布置在化学镀膜溶液液体缸周围，不同的干涉串及干涉峰值表征不同的位置，并使用光谱仪完成对所有位置干涉谱图的解调及数据处理和分析。
3、优选的，步骤c所使用的锥形凹陷结构产生方法是在清洁放电300ms后，分别在预熔强度及预熔时间分别为30bit和150ms，完成预熔后的在一定光纤重叠量下，控制放电强度及放电时间对光纤进行续熔接，使得光纤产生凹陷结构进而形成锥形；
4、优选的，步骤g所使用的离子浓度传感膜层制备为壳聚糖及聚丙烯酸高分子聚合物膜交替涂敷30层；
5、优选的，步骤i所制备的离子浓度传感器通过干涉串结构布置在化学镀膜溶液容器壁周，通过干涉串及解调干涉峰漂移来表征容器内离子浓度的分布情况，形成对大范围液体离子浓度的分布式传感。
6、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
7、1、本专利技术使用光纤干涉结构结合表面高分子聚合物膜实现对液体重金属铜离子浓度的传感，具有高响应度，实时性，高分辨率的特点，整体无源器件在复杂的化学环境下不具有潜在威胁；
8、2、本专利技术所使用的对于液体离子浓度的检测是使用光纤作为敏感元件及信号传输介质，使用时将整体结构浸入液体内，通过光谱仪解调分析干涉谱峰位置坐标即可实现离子浓度传感，测量过程不需要对液体取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法，其特征在于，所述光纤传感系统的实现包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述的锥形凹陷结构产生方法是在清洁放电300ms后，分别在预熔强度及预熔时间分别为30bit和150ms，完成预熔后的在一定光纤重叠量下，控制放电强度及放电时间对光纤进行续熔接，使得光纤产生凹陷结构进而形成锥形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤g所使用的离子浓度传感膜层制备为壳聚糖及聚丙烯酸高分子聚合物膜交替涂敷30层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤i所制备的离子浓度传感器通过干涉串结构布置在化学镀膜溶液容器壁周，通过干涉串及解调干涉峰漂移来表征容器内离子浓度的分布情况，形成对大范围液体离子浓度的分布式传感。
【技术特征摘要】
1.一种化学镀液铜离子浓度实时监测的光纤分布式传感技术及制备方法，其特征在于，所述光纤传感系统的实现包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述的锥形凹陷结构产生方法是在清洁放电300ms后，分别在预熔强度及预熔时间分别为30bit和150ms，完成预熔后的在一定光纤重叠量下，控制放电强度及放电时间对光纤进行续熔接，使得光纤产生凹陷结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯云鹏，赵佳麒，程灏波，
申请(专利权)人：深圳市三孚北理新材料科学研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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