[发明专利]面向水污染检测的光纤端面集成荧光和吸收光谱测试装置

说明书

面向水污染检测的光纤端面集成荧光和吸收光谱测试装置，属光谱学应用和环境监测技术领域。提出一种光纤端面集成的高效光学反馈镜及其制备方法。进一步提出结合该反馈镜的荧光和吸收光谱测试微腔结构的设计及其与光纤端面集成方法。利用光纤传感器的优势，将用于荧光光谱测试的激发光源、用于吸收光谱测试的照明光源以及光谱数据采集功能通过分路光纤合成于光纤端面，并与微腔结构连接，形成传感器探头，实现基于同一探头的光纤传感功能。荧光发射和吸收光谱测试统一于单一器件、实现实时现场检测、元器件的微缩集成和便携式仪器装备构成了该发明的特色和优势。

技术领域

本发明属于光谱学应用和环境监测技术领域。利用光纤传感技术的优势，将荧光光谱和吸收光谱测试技术应用于水质的实时/现场监测和污染评价。

背景技术

光纤作为一种成熟、稳定、灵活的光波导材料用于通讯信号传输和传感器技术不仅具有对电磁的干扰屏蔽能力，而且对恶劣环境条件具有很强的抗腐蚀、抗干扰功能。特别是在水环境下，不仅可以保持其优异的光学响应特性，而且不受水体深度、分布广度、水环境复杂程度的限制。因此，光纤传感技术是利用光学方法实现水环境质量的评价、水污染程度的检测的理想途径。

荧光和吸收光谱检测是水环境质量评价和水污染检测的重要方法，对水中微生物、化学物质的特异性检测和定量分析具有重要意义。而将荧光/吸收光谱检测与光纤传感技术相结合，实现一种针对不同水体、不同污染物的水污染检测技术和水质评价方法，获得一种便携式实时、现场、快速、遥控检测的仪器，对传感器技术和水环境保护领域的发展具有重要促进作用。但目前还未具备具有上述功能和针对水质检测的光纤传感器技术方法和便携式实时、现场检测仪器，以及快速评价方法。

发明内容

本发明基于上述问题和背景技术，提出将荧光/吸收光谱测试方法和光学系统微缩化后集成于光纤端面，利用光纤的高效、柔性、长距离传输性能和光信号的高可靠性、强抗干扰能力的优势特点，实现一种面向水环境污染检测和污染程度评价的装置和制备方法。

面向水污染检测的光纤端面集成荧光和吸收光谱测试装置，其特征在于，包括激发光导入光纤(1)、宽带照明光导入光纤(2)、荧光/反射光导出光纤(3)、光纤束探头(5)、终端荧光反馈镜及样品腔集成固定结构(12)；激发光导入光纤(1)一端的端面通过激发光纤与光源结合端口(6)(如SMA905)与激发光源(9)连接，宽带照明光导入光纤(2)一端的端面通过宽带照明光纤与光源结合端口(7)(如SMA905)与宽带照明光源(10)连接；荧光/反射光导出光纤(3)一端的端面通过荧光/反射光输出光纤与光谱仪结合端口(8)与光谱仪(11)连接；激发光导入光纤(1)的另一端、宽带照明光导入光纤(2)的另一端、荧光/反射光导出光纤(3)的另一端进行合并形成合并光纤束(4)，合并光纤束(4)的端头连接光纤束探头(5)，光纤束探头(5)与终端荧光反馈镜及样品腔集成固定结构(12)装配在一起形成传感器探头(13)；

终端荧光反馈镜及样品腔集成固定结构(12)包括紧固件(14)、连接器(15)、样品腔(16)、终端荧光反馈镜(17)、固定螺丝，紧固件(14)为空腔圆柱结构，连接器(15)为外表面具有螺纹的空腔圆柱结构，紧固件(14)和连接器(15)轴向连接固定在一起，紧固件(14)、的外径大于连接器(15)的外径；样品腔(16)为在实体圆柱一端的中心沿径向切除一实体结构形成径向贯通的空腔，空腔只有垂直径向的相对的两个壁和一轴向垂直的壁，垂直径向相对的两个壁面上均具有轴向平行的圆弧凹槽，圆弧凹槽的轴同时与实体圆柱的中心轴平行；形成实体圆柱的另一端沿中心轴开有一通孔，孔的直径与连接器(15)的外直径匹配，连接器(15)伸入到样品腔(16)的中心轴通孔内并通过螺纹固定；终端荧光反馈镜(17)同时作为样品腔底位于样品腔(16)的空腔端通过固定螺丝与样品腔(16)固定连接；紧固件(14)的侧面设有螺孔，可通过固定螺丝将紧固件(14)中心空腔内的光纤束探头(5)紧固。