智能光纖ph傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種光纖傳感器，具體地是一種可用于水產養(yǎng)殖或是生活用水監(jiān)測中 測量PH值的傳感器。
【背景技術】
[0002] 我國的水產養(yǎng)殖技術水平基本代表了發(fā)展中國家的水平和發(fā)展方向，主要特點 是；規(guī)模大，但仍W池塘自然生態(tài)條件下的養(yǎng)殖方式居多。在國內水產養(yǎng)殖的實際生產中， 仍舊普遍缺乏對水質參數的實時監(jiān)測，多是依靠現場取水樣，然后帶回實驗室分析化驗的 方式進行，檢測過程復雜，需要有專職化驗員，費時費力，檢測成本高，另外在檢測過程中， 需要使用多種化學藥劑，其廢液對環(huán)境有污染。最重要的是該種實驗室分析的方法難W做 到對水質的原位實時快速監(jiān)測，既影響了測量的精度，又無法應對水質的突然變化，難W滿 足水產養(yǎng)殖信息化的要求。
[0003] 因此，研制各種適用于水產養(yǎng)殖業(yè)的低成本的水質傳感器，對水產養(yǎng)殖環(huán)境實施 長期在線監(jiān)測，是實現智能化健康養(yǎng)殖的基礎，對于保障水產養(yǎng)殖高產、高效、安全、健康， 實現水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
[0004] 國內外抑值檢測方法的研究較多，一般可分為人工比色法和化學傳感器法。人工 比色法屬于傳統(tǒng)的抑值檢測方法，優(yōu)點是簡單易行，但精度相對較低，應用于非在線檢測 的環(huán)境下。國內外研究比較多的電化學水質傳感器包括電極式和離子敏場效應管傳感器兩 種。玻璃電極應用廣泛成本低但性能不穩(wěn)定易漂移，使用壽命短，抗干擾能力差，每次測量 前都需要重新標定，準確性低。離子敏場效應管雖然應用廣泛，測量方便，但存在一些局限， 如：電極內阻和電阻溫度系數高，電極響應時間長和存在離子的干擾，不能進行在線測量 等。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列獨特的優(yōu)點，如靈敏度高，抗電磁干擾、 耐腐蝕、電絕緣性好，防爆，光路有可曲性，便于與計算機連接，結構簡單，體積小，重量輕， 耗電少等。
[0005] 光纖傳感器通過將不同的指示劑和聚合物載體組合起來，使傳感器的化學、物理、 機械和光學特性隨之發(fā)生變化，被測物濃度的變化會引起指示劑光譜特性的變化，通過測 量光的吸收、反射和巧光度等參數來測量被測物。近年來，雖然有些能夠進行K1值檢測的 光纖傳感器，但大都需要光譜儀對測量信號進行分析轉換，成本昂貴且不便于攜帶，無法安 裝在應用環(huán)境中實現PH值的在線測量。因此，研究開發(fā)低成本的、環(huán)保的、能夠實現在線監(jiān) 測的光纖抑水質傳感器具有很重要的現實意義。
[0006] 現有的光纖PH傳感器大多是利用光譜儀對信號進行分析處理，如分析敏感膜所 反射或透射的光信號的光學性質，如吸收率、反射率、巧光性、能量轉移、折射率等，從而測 出被測溶液的PH值。光譜儀成本高、不方便攜帶且只能用于實驗室環(huán)境中，不能用于現場 進行在線監(jiān)測?，F有的專利或文獻中，沒有成形的光纖PH傳感器探頭結構，大多是將敏感 膜固定于光纖端面或是光纖側面，結構不穩(wěn)定且只能用于實驗室環(huán)境中，不方便移植用于 其它環(huán)境中，實用性不強。如中國專利文獻CN102841080A公開了一種用于ra值和溶解氧測 量的雙參數光纖傳感器，包括光源、光纖頭、禪合器、培養(yǎng)皿、傳感器探頭、連接器、濾光片、 光電器件、調理器、處理器W及調制器，傳感器探頭由光纖探針、Si層、聚合物基層和敏感膜 組成。該測量裝置雖靈敏度高、實現了雙參數測量，但結構繁瑣復雜，需要經過調理器、處理 器W及調制器層層處理，集成度低且沒有成型的裝置，不易攜帶，不能將該系統(tǒng)移植到現場 測量環(huán)境中進行長期在線監(jiān)測。采用的頻率域雙壽命參比方法，通過測量信號的衰變時間 (即壽命）來間接測量巧光強度，將巧光信號的壽命比轉換成與被測參量濃度有關的相移 信號，保證了測量的靈敏度，但專利中沒有具體介紹測量該相移的方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明公開了一種光纖PH傳感器探頭，針對目前不能將該系統(tǒng)移植到現場測量 環(huán)境中進行長期在線監(jiān)測問題，旨在提供一種用于PH值測量的傳感器探頭結構，使傳感器 結構簡單、體積小便于攜帶、易于安置在被測環(huán)境中。
[000引本發(fā)明的再一個目的是提供整個智能光纖PH傳感器的設計，克服現有傳感器需 要光譜儀對測量信號進行分析轉換，成本昂貴且不便于攜帶，無法安裝在應用環(huán)境中實現 PH值的在線測量的缺點，克服檢測過程中因濁度或光源不穩(wěn)定等影響帶來的光強變化，設 計出實現低成本的、能在線檢測的光纖PH傳感器。
[0009] 本發(fā)明采用如下技術方案。
[0010] 本發(fā)明提供一種用于PH值測量的光纖PH傳感器探頭，該探頭包括光纖探針、敏 感膜、反射鏡、禪合器，外殼和外柵格防護罩，光纖探針尾部固定于外殼中，光纖探針端部置 于的外柵格防護罩中，外柵格防護罩設有進出水孔，外柵格防護罩與外殼連接；
[0011] 光纖探針端部依次設有禪合器、敏感膜和反射鏡，光纖探針尾部連接發(fā)送光纖束、 接收光纖束，其中接收光纖束分為=路分別是紅光信號接收束、綠光信號接收束和濁度補 償信號束；
[0012] 外殼采用金屬材料，能一定程度上屏蔽外界電磁信號干擾；禪合器使經過發(fā)送光 纖束和接收光纖束的光匯聚，提高光信號質量；敏感膜固定在反射鏡上，光路由發(fā)送光纖束 經反射鏡反射后到接收光纖束；外柵格防護罩為非透明的，采用金屬材料，能防止環(huán)境光對 測量結果的影響；整個光纖探針呈Y型，能節(jié)約空間縮小體積，使用中便于攜帶和安置。
[0013] 敏感膜由有機固定載體和PH酸堿指示劑組成；有機固定載體為水凝膠，PH酸堿指 示劑可含有兩種；漠酪藍指示劑和漠甲酪紫指示劑。
[0014] 敏感膜可采用溶膠凝膠法制作，將有機化合物或無機化合物形成的溶液進行水 解，在此過程中加入PH酸堿指示劑，溶液通過水解和縮聚反應形成溶膠，進一步的聚合 反應形成凝膠，再經過熱處理，蒸發(fā)掉溶劑和水分，最后形成凝膠膜即所需要的抑敏感 膜，直接將敏感膜附著于光纖探針端部，再貼附反射鏡，制備所得的光纖探針具有很好的可 逆性和重現性。所述PH酸堿指示劑染料的變色范圍如下；漠酪藍指示劑的抑變色范圍在水 中為3. 0?4. 6,漠甲酪紫指示劑在水溶液中變色范圍5. 2?6. 8。而二者在溶膠凝膠膜中 的抑變色范圍不同于水溶液，漠酪藍指示劑變?yōu)?. 0?7. 5,漠甲酪紫指示劑變化為7. 5? 10. 5。所