[发明专利]一种多光路光纤荧光传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多光路光纤荧光传感器。具体地涉及一种原位多探测区传感器，可对气、液等非固态荧光物质进行直接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行间接检测。

背景技术

光纤化学传感器是利用化学发光、生物发光以及光敏感器件与光导纤维技术制作的传感器，具有响应快、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小、功耗小、耐高温与腐蚀等特点，可应用于其他传感器无法工作的恶劣环境等特点，并在环境监测、反应遥控监测、生物医学及临床医学、危险场地分析与控制等诸多方面对特定有机物及无机物、藻类甚至物理量做出精密分析与测量。荧光检测法是一种常用的光学检测技术，具有灵敏度高和选择性强等优点。荧光光纤传感器结合了光纤传输和荧光检测法的优点，通过光纤对激发光和发射荧光进行传导，具有制作简单、成本低廉、检测灵敏等优点，可用于分析待测物的实时在线检测。

环境监测和工业应用中经常遇到被测液体或气体中目标组分分布的不均匀现象，导致在线监测传感器测量的数据离散性较大。目前解决这个问题的方法有：1)多点测量然后取平均值；2)单点测量较长时间然后取平均值；和3)扩大测量区域。第1种方法需要多只探头同时工作，或者人工干预；第2种方法测量周期较长，而且不适合目标组分浓度变化较快的场合；第3种方法对于可见光波段的传感器，在野外开放环境中受到的外界背景光干扰比较严重，并不实用。

因此，如果将2个或3个传感器放在一起，且探测区相距一定距离，同时检测荧光强度，然后进行数据平均，则能够改善测量的准确度和重复精度，但是会成倍增加成本。因此，如果在一个传感器上设置2个或3个探测区，并且相距一定的距离，使用2个或3个激发光源但是用同一个滤光片和光电转换器件，既可以实现同时测量2个或3个区域和获得荧光强度平均值的功能，又使传感器的成本仅比原来的单只传感器略高，而远低于2只传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种多光路荧光光纤传感器。采用2个或3个光源分别与2或3根光纤耦合，2或3根接收光纤分别与发射光纤配对，2或3对光纤的检测端相距给定距离。这种传感器不仅能同时测量2或3个区域的荧光信号平均值，还可以有效地抑制外界环境光的背景干扰。激发光纤与发射光纤之间的夹角可以优化，提高荧光的接收效率，获得最佳信/噪比，提高传感器的灵敏度。该传感器结构简单、使用方便、成本低廉，可对气、液等非固态荧光物质进行直接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行检测，特别适合测量目标物质在介质中分布不均匀的场合，如高浓度叶绿素或藻蓝素现场测量等。

本发明的技术方案是：

利用2或3个光源和2或3根激发光纤耦合，用2或3根接收光纤分别与2或3根发射光纤组成对，光纤对的探测端相距给定距离。2或3个区域的荧光被2或3根接收光纤收集和传输至同一个滤光片组件和同一个光电转换器件检测，得到2或3个荧光信号的平均值。优化发射光纤与接收光纤之间的夹角，得到最佳的荧光收集效率/噪音比值。

一种多光路光纤荧光传感器，包括光源、激发光纤、接收光纤(103)、滤光片和光电转换器件，所述光源为2或3个、激发光纤为2或3根、接收光纤为2或3根，

每个激发光纤的入射端分别与一个光源一一对应耦合；

每根接收光纤分别与一根激发光纤配合成对设置，接收光纤的入射端面与其对应的激发光纤的出射端面处于同一平面，它们端面之间距离为0-5mm；

2或3根接收光纤的出射端经滤光片与光电转换器件的光窗耦合。

所述的光源为发光二极管或其它小型光源。

所述的激发光纤和接收光纤可以是塑料光纤、石英光纤等。

所述的接收光纤用于传导荧光，2或3根接收光纤尾端合并，与滤光片和光电转换器件耦合。

所述的每对激发光纤与接收光纤之间有15-45°的夹角，每2组光纤探测端之间相隔给定距离。

所述光电转换器件为一般的光电转化器件，包括光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)、硅光电池(Si_PCell)或电荷耦合光电检测器(CCD)。

在所述激发光纤的出射端及接收光纤的入射端所处的平面表面依次设置有荧光传感膜衬底及荧光传感薄膜，传感膜衬底与传感器探头的端面贴紧并固定；荧光传感薄膜由对非荧光物质敏感的荧光探针分子经过吸附、化学键合或包埋法(溶胶-凝胶法)固定在一定的无机或有机聚合物的透明材料内并涂覆于玻片基质表面获得。

套筒组件的材质可以是金属(如不锈钢、铝等)或非金属(如特氟龙(Teflon)或聚氯乙烯(PVC))或陶瓷。

本发明具有如下优点：