【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、氢离子浓度指数，简称ph值，用来表征溶液中氢离子浓度的大小，是化学化工、农业牧业、生物发酵、医疗行业、食品加工领域中极为重要的工艺参数和过程计量指标。传统ph值的测量多采用ph指示剂与ph试纸，当待测液体的ph值变化时，指示剂和试纸的表观颜色会发生明显变化，根据目测颜色判定待测液体ph值的大致范围，无法保障测量精度。化学滴定法虽然能实现较高精度的ph值测定，但属于人工操作，效率较低。目前应用较多的ph电极是通过测量电极电位来表征ph值的，但微弱的电压信号易受干扰，实际器件体积较大，耐久性较差，亟待新型的ph值测量方法来克服上述测量方法的不足之处。
2、目前新型的ph值传感器主要采用氢离子敏感场效应管、金属/金属氧化物、化学修饰等方法来实现ph值传感，这些新方法在一定程度上提高了ph值测量的精度，但仍存在工艺复杂、易受电磁干扰、测量精度受液体成份影响等不足之处。近年来，光纤传感器因其体积小巧、无需供电、不受电磁干扰和远距离传输等优点在工程领域得到广泛的认可，尤其是基于光纤的干涉仪结构，在高灵敏传感器中有极为重要的应用。光纤f-p(fabry-perot)腔就是一种干涉仪结构，在精密测量中有重要应用。由于光纤的材质是二氧化硅，对外界ph值的变化不敏感，需要结合对ph值敏感的介质，才能实现测量。光纤f-p传感器是一种微腔结构，可以将对ph值敏感的介质嵌入光纤f-p腔中，当ph值变化时，会引起腔内介质折射率的变化，进而调制干涉结构的光谱响应特性，来实现传感。水凝胶是ph值传感常用
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，提供了一种利用聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉仪传感装置及方法。
2、聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，包括限位保护体、两个陶瓷插芯、网状保护壳、支撑连接体、两根单模光纤和一根光纤光栅；
3、限位保护体通过支撑连接体固定在网状保护壳内；
4、限位保护体上开设有两个轴向安装孔，其两个轴向安装孔贯穿限位保护体长度方向，限位保护体的侧壁上开设两个径向孔，两个径向孔分别与两个轴向安装孔联通；与径向孔联通的轴向安装孔通过网状保护壳上的网孔与外界联通；
5、两个陶瓷插芯嵌入在同一个轴向安装孔内，二者间存在间距，且二者轴线重合；
6、两个陶瓷插芯分别嵌入一根单模光纤，其中，位于右侧的陶瓷插芯内的单模光纤的尾端与该陶瓷插芯的尾端端面平齐，且该位于右侧的陶瓷插芯的尾端端面上沉积有聚苯胺敏感膜；位于右侧的陶瓷插芯内的单模光纤的首端作为光纤f-p干涉传感装置的ph探测端；
7、位于左侧的陶瓷插芯内的单模光纤的首端端面与位于右侧的陶瓷插芯内的单模光纤的尾端端面相对设置，且二者平行、二者间形成f-p干涉腔；
8、另一个轴向安装孔内嵌入有光纤光栅，其与待测液体进行接触，并对待测液体进行温度探测。
9、作为优选，所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，还包括光纤尾纤保护管；
10、光纤尾纤保护管用于对单模光纤和光纤光栅进行保护。
11、作为优选，f-p干涉腔的腔长范围为0.5μm至100μm。
12、作为优选，网状保护壳为侧壁上具有网孔的u型壳体。
13、作为优选，对f-p干涉腔所对应的两根单模光纤的相应端面进行精密抛磨，形成腔镜端面。
14、作为优选，通过化学原位氧化聚合法制备聚苯胺敏感膜，且聚苯胺敏感膜的厚度为微米量级；
15、制备聚苯胺敏感膜的具体过程为：
16、将苯胺单体和相应氧化剂先后添加到酸性介质环境中，使其发生聚合反应时将经过研磨过的单模光纤的尾端端面放入，通过控制聚合时间来控制聚苯胺敏感膜的厚度，最后再对沉积聚苯胺敏感膜的单模光纤进行清洗和干燥处理，完成对单模光纤上聚苯胺敏感膜的制备。
17、采用所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置实现的ph值检测方法，该方法包括如下步骤：
18、光纤光栅解调仪输出的扫频激光，入射至置于待测液体内的光纤f-p干涉传感装置内，对单模光纤和光纤光栅进行扫描；
19、光纤f-p干涉传感装置内部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会根据待测液体的ph值发生变化；
20、扫频激光透过位于右侧的陶瓷插芯内的单模光纤的尾端端面上沉积的聚苯胺敏感膜后，入射至位于左侧的陶瓷插芯内的单模光纤的首端端面，经位于左侧的陶瓷插芯内的单模光纤的首端反射后，按原路返回至沉积有聚苯胺敏感膜的陶瓷插芯的尾端端面，并在该沉积有聚苯胺敏感膜的陶瓷插芯的尾端端面发生干涉后，返回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，得到待测液体的初始ph值；
21、同时扫频激光经光纤光栅反射后入射至光纤光栅解调仪进行光谱提取，该光谱通过处理器进行分析确定待测液体温度；
22、根据待测液体温度对初始ph值进行温度补偿，得到修正后的待测液体ph值。
23、作为优选，得到待测液体的初始ph值的实现方式包括：
24、在1510nm至1590nm波段内提取光谱的两个相邻的波峰或者波谷所处位置的波长，采用相位解调方法对所提取的波长进行解调，确定f-p干涉腔的等效腔长值，最后从待测液体所对应的已标定的ph值等效腔长值关系曲线中搜寻出等效腔长值所对应的ph值，该ph值作为待测液体的初始ph值；
25、其中已标定的ph值等效腔长值关系曲线的横坐标为待测液体的ph值，纵坐标为等效腔长值。
26、作为优选，获得待测液体温度的实现方式包括：
27、光纤光栅作为温度补偿单元，提取经光纤光栅反射的激光的光谱，对该光谱进行高斯拟合，得到光谱的峰值波长；再从待测液体所对应的已标定的温度-波长关系曲线中搜寻出所述峰值波长所对应的温度；
28、其中，已标定的温度-波长关系曲线的横坐标为待测液体的温度，纵坐标为峰值波长。
29、作为优选，光纤光栅解调仪输出的扫频激光的波长范围1510nm至1590nm。
30、本专利技术的优点：
31、选用聚苯胺作为光纤f-p干涉传感装置的敏感膜，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透射后的激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。
32、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、测量精本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，包括限位保护体(1)、两个陶瓷插芯(2)、网状保护壳(3)、支撑连接体(4)、两根单模光纤(5)和一根光纤光栅(6)；
2.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，还包括光纤尾纤保护管(8)；
3.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，F-P干涉腔的腔长范围为0.5μm至100μm。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，网状保护壳(3)为侧壁上具有网孔的U型壳体。
5.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，对F-P干涉腔所对应的两根单模光纤(5)的相应端面进行精密抛磨，形成腔镜端面。
6.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置，其特征在于，通过化学原位氧化聚合法制备聚苯胺敏感膜(7)，且聚苯胺敏感膜(7)的厚度为微米量级；
7.采用权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置实现的pH值
8.根据权利要求7所述的采用聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置实现的pH值检测方法，其特征在于，得到待测液体的初始pH值的实现方式包括：
9.根据权利要求7所述的采用聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置实现的pH值检测方法，其特征在于，获得待测液体温度的实现方式包括：
10.根据权利要求7所述的采用聚苯胺反应沉积的光纤F-P干涉传感装置实现的pH值检测方法，其特征在于，光纤光栅解调仪(9)输出的扫频激光的波长范围1510nm至1590nm。
...【技术特征摘要】
1.聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，其特征在于，包括限位保护体(1)、两个陶瓷插芯(2)、网状保护壳(3)、支撑连接体(4)、两根单模光纤(5)和一根光纤光栅(6)；
2.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，其特征在于，还包括光纤尾纤保护管(8)；
3.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，其特征在于，f-p干涉腔的腔长范围为0.5μm至100μm。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，其特征在于，网状保护壳(3)为侧壁上具有网孔的u型壳体。
5.根据权利要求1所述的聚苯胺反应沉积的光纤f-p干涉传感装置，其特征在于，对f-p干涉腔所对应的两根单模光纤(5)的相应端面进行精密抛磨，形成腔镜端面。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕国辉，黄妍，牛海军，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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