[实用新型]一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，其特征在于；该传感器包括SMF 1、NCF 1、three‑core fiber（TCF）、NCF 2和SMF 2，由它们依次熔接而成。熔接完成后，对TCF加热并拉锥。TCF未拉锥部分的直径为125μm，三条纤芯平行且等间距分布在光纤内的同一个平面内，各纤芯直径相等。TCF锥形部分的侧面涂覆有PAH/PAA多层聚合物复合纳米粒子薄膜。应用时，将该传感器置于待测pH值的溶液中，利用光纤光谱仪测量其输出光谱，即可解调出待测溶液的pH值。本实用新型具有制作成本低、工艺简单、稳定性高，结构紧凑，灵敏度高的优点，可应用于pH值的高精度测量。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器。

背景技术

光学生化传感器因其在环境监测和临床分析中的重要应用而得到迅速发展。在各种类型的生物化学传感器中，pH传感器是最基本的传感器之一。pH值是水溶液的重要理化参数之一，凡是涉及到水溶液的自然现象、化学变化以及生产过程都与pH值密切相关，因此pH值的控制或测量在生物学、临床医学、生态学等众多领域都具有重要意义。虽然滴定法已经使用了很长时间，但开发微型光学pH传感器仍然是一个非常活跃的研究课题。近年来，光纤pH传感器因其体积小、遥感能力强、在体测量安全等优点越来越受到人们的关注。

光纤pH传感器通常可以分为两大类，一种类型的光纤pH传感器基于固定在基质材料中的pH指示剂。已提出的pH指示剂包括酸性染料，荧光素丙烯酰胺，百里酚蓝，乙基紫染料，中性红，伊红，二苦胺与维多利亚蓝的混合物，甲酚红，溴酚蓝和氯酚红的混合物等。指示剂的光学性质，包括吸光度、荧光强度和荧光寿命，可用于确定被测液体的pH值。另一类光纤pH传感器基于纳米结构薄膜的形态，通常称为膨胀。由于可膨胀膜(例如水凝胶或聚电解质沉积的纳米结构材料)的折射率(RI)取决于pH，因此可以通过测量外部RI设计pH传感器。由于大多数pH指示剂都在紫外线可见范围内工作，而大多数光纤组件都在近红外范围内工作，因此一种基于可溶胀膜的光纤pH传感器由于它与光纤传感器网络兼容并且传感器坚固耐用而具有竞争力。吸收型或荧光型pH传感器具有一些固有的缺点，它们受光强度波动、温度和指示剂浓度的影响。避免使用指示剂可以很好地解决由于指示剂的漂白或浸出而导致的劣化问题，从而使指示器成为用于在线pH监测应用的长期光纤传感器。

现有的pH传感器存在一定的不足，传统的电化学pH传感器易受电磁信号干扰，在生理卫生、高酸碱环境等特殊领域的应用存在限制；利用指示剂的光学pH传感器存在指示剂漂白、泄露等不足。基于纳米结构薄膜的光纤pH值传感器，具有体积小、不带电、抗电磁干扰性能强和无污染等优点，在各类化学反应、环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提出一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，具有灵敏度高、制作简单且结构紧凑等优点。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于三芯光纤的新型微纳结构pH值传感器，包括单模光纤1(SMF)、无芯光纤1(NCF)、三芯光纤、无芯光纤2和单模光纤2，由它们依次熔接而成。熔接完成后，对三芯光纤加热并拉锥，锥形段总长度为10mm～20mm，锥腰直径为4～15μm。三芯光纤未拉锥部分的直径为125μm，三条纤芯平行且等间距分布在光纤内的同一个平面内，间距为15-30μm，各纤芯直径相等，其值为3～9μm；无芯光纤的长度为500～1000μm。三芯光纤锥形部分的侧面涂覆有聚烯丙胺盐酸盐和聚丙烯酸(PAH/PAA)多层聚合物复合纳米粒子薄膜，其厚度为80～500nm。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本传感器的制备只涉及到单模光纤、无芯光纤和三芯光纤的熔接，其成本低廉和工艺简单。表面涂覆的聚烯丙胺盐酸盐和聚丙烯酸(PAH/PAA)多层聚合物复合纳米粒子薄膜有较低的温度灵敏度，可以减小传感器对环境温度的交叉灵敏度。