智能光纤ph传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光纤传感器，具体地是一种可用于水产养殖或是生活用水监测中 测量PH值的传感器。
【背景技术】
[0002] 我国的水产养殖技术水平基本代表了发展中国家的水平和发展方向，主要特点 是；规模大，但仍W池塘自然生态条件下的养殖方式居多。在国内水产养殖的实际生产中， 仍旧普遍缺乏对水质参数的实时监测，多是依靠现场取水样，然后带回实验室分析化验的 方式进行，检测过程复杂，需要有专职化验员，费时费力，检测成本高，另外在检测过程中， 需要使用多种化学药剂，其废液对环境有污染。最重要的是该种实验室分析的方法难W做 到对水质的原位实时快速监测，既影响了测量的精度，又无法应对水质的突然变化，难W满 足水产养殖信息化的要求。
[0003] 因此，研制各种适用于水产养殖业的低成本的水质传感器，对水产养殖环境实施 长期在线监测，是实现智能化健康养殖的基础，对于保障水产养殖高产、高效、安全、健康， 实现水产养殖业的可持续发展具有重要的意义。
[0004] 国内外抑值检测方法的研究较多，一般可分为人工比色法和化学传感器法。人工 比色法属于传统的抑值检测方法，优点是简单易行，但精度相对较低，应用于非在线检测 的环境下。国内外研究比较多的电化学水质传感器包括电极式和离子敏场效应管传感器两 种。玻璃电极应用广泛成本低但性能不稳定易漂移，使用寿命短，抗干扰能力差，每次测量 前都需要重新标定，准确性低。离子敏场效应管虽然应用广泛，测量方便，但存在一些局限， 如：电极内阻和电阻温度系数高，电极响应时间长和存在离子的干扰，不能进行在线测量 等。光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如灵敏度高，抗电磁干扰、 耐腐蚀、电绝缘性好，防爆，光路有可曲性，便于与计算机连接，结构简单，体积小，重量轻， 耗电少等。
[0005] 光纤传感器通过将不同的指示剂和聚合物载体组合起来，使传感器的化学、物理、 机械和光学特性随之发生变化，被测物浓度的变化会引起指示剂光谱特性的变化，通过测 量光的吸收、反射和巧光度等参数来测量被测物。近年来，虽然有些能够进行K1值检测的 光纤传感器，但大都需要光谱仪对测量信号进行分析转换，成本昂贵且不便于携带，无法安 装在应用环境中实现PH值的在线测量。因此，研究开发低成本的、环保的、能够实现在线监 测的光纤抑水质传感器具有很重要的现实意义。
[0006] 现有的光纤PH传感器大多是利用光谱仪对信号进行分析处理，如分析敏感膜所 反射或透射的光信号的光学性质，如吸收率、反射率、巧光性、能量转移、折射率等，从而测 出被测溶液的PH值。光谱仪成本高、不方便携带且只能用于实验室环境中，不能用于现场 进行在线监测。现有的专利或文献中，没有成形的光纤PH传感器探头结构，大多是将敏感 膜固定于光纤端面或是光纤侧面，结构不稳定且只能用于实验室环境中，不方便移植用于 其它环境中，实用性不强。如中国专利文献CN102841080A公开了一种用于ra值和溶解氧测 量的双参数光纤传感器，包括光源、光纤头、禪合器、培养皿、传感器探头、连接器、滤光片、 光电器件、调理器、处理器W及调制器，传感器探头由光纤探针、Si层、聚合物基层和敏感膜 组成。该测量装置虽灵敏度高、实现了双参数测量，但结构繁琐复杂，需要经过调理器、处理 器W及调制器层层处理，集成度低且没有成型的装置，不易携带，不能将该系统移植到现场 测量环境中进行长期在线监测。采用的频率域双寿命参比方法，通过测量信号的衰变时间 (即寿命）来间接测量巧光强度，将巧光信号的寿命比转换成与被测参量浓度有关的相移 信号，保证了测量的灵敏度，但专利中没有具体介绍测量该相移的方法。
【发明内容】
[0007] 本发明公开了一种光纤PH传感器探头，针对目前不能将该系统移植到现场测量 环境中进行长期在线监测问题，旨在提供一种用于PH值测量的传感器探头结构，使传感器 结构简单、体积小便于携带、易于安置在被测环境中。
[000引本发明的再一个目的是提供整个智能光纤PH传感器的设计，克服现有传感器需 要光谱仪对测量信号进行分析转换，成本昂贵且不便于携带，无法安装在应用环境中实现 PH值的在线测量的缺点，克服检测过程中因浊度或光源不稳定等影响带来的光强变化，设 计出实现低成本的、能在线检测的光纤PH传感器。
[0009] 本发明采用如下技术方案。
[0010] 本发明提供一种用于PH值测量的光纤PH传感器探头，该探头包括光纤探针、敏 感膜、反射镜、禪合器，外壳和外栅格防护罩，光纤探针尾部固定于外壳中，光纤探针端部置 于的外栅格防护罩中，外栅格防护罩设有进出水孔，外栅格防护罩与外壳连接；
[0011] 光纤探针端部依次设有禪合器、敏感膜和反射镜，光纤探针尾部连接发送光纤束、 接收光纤束，其中接收光纤束分为=路分别是红光信号接收束、绿光信号接收束和浊度补 偿信号束；
[0012] 外壳采用金属材料，能一定程度上屏蔽外界电磁信号干扰；禪合器使经过发送光 纤束和接收光纤束的光汇聚，提高光信号质量；敏感膜固定在反射镜上，光路由发送光纤束 经反射镜反射后到接收光纤束；外栅格防护罩为非透明的，采用金属材料，能防止环境光对 测量结果的影响；整个光纤探针呈Y型，能节约空间缩小体积，使用中便于携带和安置。
[0013] 敏感膜由有机固定载体和PH酸碱指示剂组成；有机固定载体为水凝胶，PH酸碱指 示剂可含有两种；漠酪藍指示剂和漠甲酪紫指示剂。
[0014] 敏感膜可采用溶胶凝胶法制作，将有机化合物或无机化合物形成的溶液进行水 解，在此过程中加入PH酸碱指示剂，溶液通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合 反应形成凝胶，再经过热处理，蒸发掉溶剂和水分，最后形成凝胶膜即所需要的抑敏感 膜，直接将敏感膜附着于光纤探针端部，再贴附反射镜，制备所得的光纤探针具有很好的可 逆性和重现性。所述PH酸碱指示剂染料的变色范围如下；漠酪藍指示剂的抑变色范围在水 中为3. 0?4. 6,漠甲酪紫指示剂在水溶液中变色范围5. 2?6. 8。而二者在溶胶凝胶膜中 的抑变色范围不同于水溶液，漠酪藍指示剂变为4. 0?7. 5,漠甲酪紫指示剂变化为7. 5? 10. 5。所