【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤ph值传感。
技术介绍
1、ph值是描述溶液中所含氢离子浓度的化学参量，在化学、生物、医疗甚至食品安全领域均起着至关重要的控制和调节作用。然而，常用的ph指示剂与ph试纸多使用石蕊或酚酞试剂作为敏感介质，二者在不同ph值环境下会发生颜色的变化，只能粗略确定待测物质ph值的大致范围，实验室中所使用的滴定法虽然可精确得到被测物的ph值，但是操作过程过于繁琐，无法实时监测，受人为操作影响较大，以上方法主要用于确定溶液酸碱性的定性测试，无法适用于精确的定量场合。目前作为商用化的ph计之一，ph电极使用最为广泛。然而，ph电极具有一些固有的缺点，如高温不稳定性、易受到电磁和无线电频率干扰、酸碱误差、高阻抗和小型化困难等，这限制了它们的进一步应用。
2、为解决上述问题研究人员已报道出多种新型ph值传感器，如金属/金属氧化物ph值传感器、氢离子敏感场效应管、化学修饰ph值传感器。尽管上述ph值传感器在一定程度上提高了ph值测量精度，但仍存在一些不足，如制备工艺复杂，抗电磁干扰能力差、测量精度受待测液成份影响较大等。光纤传感器因其易制备简单、抗电磁干扰能力强、小型化(可做成探针的方式)和远程检测等优点受到了广泛关注。由于光纤自身对外界ph值的变化不敏感，在进行ph值传感时，需要结合对ph值响应的敏感物质。根据敏感物质的不同，可以分为两种类型。一种是基于ph指示剂染料的吸光度或发光效应。然而，这种测量方法容易受到光源强度波动和传播损耗的影响，再有，指示剂浸出会对被测液造成污染等其他因素也限制了此类传感器应用。另一种类
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有采用水凝胶涂层作为敏感介质的光纤ph传感器实现的ph检测方法，存在水凝胶涂层易吸水膨胀导致测量精度低的问题，本专利技术提供了一种利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法。
2、利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，该方法包括：
3、光纤光栅解调仪输出的扫频激光，通过三环偏振控制器对扫频激光的偏振态调整后入射至置于待测液体内的光纤ph传感器内，对光纤ph传感器进行扫描；
4、光纤光栅解调仪与三环偏振控制器之间、三环偏振控制器与光纤ph传感器之间、以及光纤光栅解调仪与光纤ph传感器之间均通过光纤传导部件进行连接；
5、光纤ph传感器上的聚苯胺敏感膜与待测液体接触后，聚苯胺敏感膜的折射率发生变化；
6、扫频激光经光纤ph传感器上聚苯胺敏感膜反射后入射至光纤光栅解调仪进行光谱提取，提取出的光谱通过处理器进行分析处理，得到待测液体的初始ph值，并根据待测液体的温度对初始ph值进行温度补偿，得到修正后的待测液体ph值。
7、优选的是，光纤ph传感器的第一种结构：
8、光纤ph传感器采用单模光纤实现；采用相位掩膜法在单模光纤的纤芯内刻写有光栅，光栅向单模光纤的入射光传播方向倾斜，光栅的倾角为α，其中，光栅的倾角定义为光栅中的光栅栅格与单模光纤法线间夹角：
9、单模光纤的外表面沉积有聚苯胺敏感膜，且聚苯胺敏感膜完全覆盖光栅所在的栅区；
10、入射至光纤ph传感器内的扫频激光经光栅反射后，入射至聚苯胺敏感膜上，经聚苯胺敏感膜反射后的激光入射至光纤光栅解调仪。
11、优选的是，光纤ph传感器的第二种结构：
12、光纤ph传感器采用单模光纤实现；采用相位掩膜法在单模光纤的纤芯内刻写有光栅，光栅向单模光纤的入射光传播方向倾斜，光栅的倾角为α，其中，光栅的倾角定义为光栅中的光栅栅格与单模光纤法线间夹角；
13、单模光纤的外表面由内至外依次设有金属层和聚苯胺敏感膜，聚苯胺敏感膜沉积在金属层上；
14、聚苯胺敏感膜和金属层完全覆盖光栅所在的栅区；
15、入射至光纤ph传感器内的扫频激光经光栅反射后，入射至金属层激发金属层表面等离子体共振后透射的激光，经聚苯胺敏感膜反射后入射至光纤光栅解调仪。
16、优选的是，α的取值范围为5°至10°。
17、优选的是，通过化学聚合方法沉积形成聚苯胺敏感膜，且聚苯胺敏感膜的厚度为微米量级。
18、优选的是，通过磁控溅射或蒸镀金属的方式在单模光纤的外表面镀制预设厚度的金属层。
19、优选的是，光纤ph传感器为第一种结构时，提取出的光谱通过处理器进行分析处理，得到待测液体的初始ph值的实现方式包括如下步骤：
20、在1530nm至1560nm波段内提取光谱的包层模谐振峰所处位置的波长，并根据所提取出的波长，从待测液体所对应的已标定的ph值与峰值波长关系曲线中搜寻出对应的ph值，该ph值作为待测液体的初始ph值；
21、所述光谱的包层模最尖锐处的波峰作为包层模谐振峰；
22、其中，已标定的ph值与峰值波长关系曲线的横坐标为待测液体的ph值，纵坐标为波长。
23、优选的是，光纤ph传感器为第二种结构时，提取出的光谱通过处理器进行分析处理，得到待测液体的初始ph值的实现方式包括如下步骤：
24、提取光谱中共振处包层模包络峰值对应的波长，并根据所提取出的波长，从待测液体所对应的已标定的ph值与共振光谱关系曲线中搜寻出对应的ph值，该ph值作为待测液体的初始ph值；
25、其中，已标定的ph值与共振光谱关系曲线的横坐标为待测液体的ph值，纵坐标为共振处包络峰值波长。
26、优选的是，根据待测液体的温度对初始ph值进行温度补偿，得到修正后的待测液体ph值的实现方式包括：
27、采用温度传感器测量待测液体当前温度，根据当前温度从已标定的温度ph补偿曲线中搜寻出当前温度所对应的ph补偿值，将ph补偿值与初始ph值叠加，得到修正后的待测液体ph值。
28、优选的是，光纤光栅解调仪输出的扫频激光的波长范围1510nm至1590nm。
29、本专利技术的优点：
30、选用聚苯胺作为光纤ph传感器的敏感膜，且厚度为微米量级，在ph环境下响应速度快。通过其聚苯胺敏感膜在不同ph值环境下折射率发生改变的特性，根据折射率发生变化后经聚苯胺敏感膜反射后光进行光谱分析实现ph值测量，提高测量精度，具有工艺简单、易于成膜、灵敏度高和抗电磁干扰能力强等优点。
31、本专利技术采用聚苯胺反应沉积涂层，具有工艺简单、易成膜、测量精度高、耐久性好的优点，能全面克服现有水凝胶等传感机理的不足之处，避免了水凝胶作为一种吸水材料，在测量ph值时，浸泡在液体中易吸水膨胀，对测量结果影响很大，甚至导致传感器失效的缺陷，本专利技术具有很好的适用性和应用前景。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，光纤pH传感器(3)的第一种结构：
3.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，光纤pH传感器(3)的第二种结构：
4.根据权利要求2或3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，α的取值范围为5°至10°。
5.根据权利要求2或3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，通过化学聚合方法沉积形成聚苯胺敏感膜(3-3)，且聚苯胺敏感膜(3-3)的厚度为微米量级。
6.根据权利要求3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，通过磁控溅射或蒸镀金属的方式在单模光纤(3-1)的外表面镀制预设厚度的金属层(3-4)。
7.根据权利要求2所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，光纤pH传感器(3)为第一种结构时，提取出的光谱通过处理器(4)进行分析处理
8.根据权利要求3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，光纤pH传感器(3)为第二种结构时，提取出的光谱通过处理器(4)进行分析处理，得到待测液体的初始pH值的实现方式包括如下步骤：
9.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，根据待测液体的温度对初始pH值进行温度补偿，得到修正后的待测液体pH值的实现方式包括：
10.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤pH值检测方法，其特征在于，光纤光栅解调仪(1)输出的扫频激光的波长范围1510nm至1590nm。
...【技术特征摘要】
1.利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，光纤ph传感器(3)的第一种结构：
3.根据权利要求1所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，光纤ph传感器(3)的第二种结构：
4.根据权利要求2或3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，α的取值范围为5°至10°。
5.根据权利要求2或3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，通过化学聚合方法沉积形成聚苯胺敏感膜(3-3)，且聚苯胺敏感膜(3-3)的厚度为微米量级。
6.根据权利要求3所述的利用聚苯胺反应沉积膜层的光纤ph值检测方法，其特征在于，通过磁控溅射或蒸镀金属的方式在单模光纤(3-1)的外表面镀制预设厚度的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕国辉，黄妍，王恩博，李平，姜旭，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：
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