[发明专利]一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测系统及检测方法在审
| 申请号： | 201810867205.8 | 申请日： | 2018-08-01 |
| 公开（公告）号： | CN109001121A | 公开（公告）日： | 2018-12-14 |
| 发明（设计）人： | 徐坤;卢涛;张艺宝;卓美玲;徐回忆;周赟;李艳军 | 申请（专利权）人： | 河南工业大学 |
| 主分类号： | G01N21/17 | 分类号： | G01N21/17 |
| 代理公司： | 暂无信息 | 代理人： | 暂无信息 |
| 地址： | 450001 河南省郑州市高新技*** | 国省代码： | 河南;41 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 分布式光纤光栅 在线检测系统 传感器节点 营养液pH 频谱分析仪 回波信号 植物工厂 狭缝 检测 抗电磁干扰能力 食品加工车间 波分复用器 定位精度高 计算机分析 栽培营养液 准确度 传输矩阵 光纤光栅 检测系统 宽带光源 数学模型 在线检测 中心波长 耦合器 推导 光纤 测量 量化 传输 计算机 记录 | ||
1.一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测系统，包括宽带光源、波分复用器、耦合器、传感器节点、频谱分析仪和计算机；所述耦合器分别连接波分复用器、频谱分析仪和传感器节点；所述宽带光源、波分复用器、耦合器、传感器节点和频谱分析仪之间分别采用光纤连接，所述频谱分析仪与计算机之间为电连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测系统，其特征在于：所述的传感器节点为基于石墨烯智能水凝胶的线性啁啾光纤光栅传感器，由敏感涂层（1）、光纤光栅（2）、光纤包层（3）和光纤纤芯（4）组成；所述的敏感涂层（1）由掺杂有石墨烯微片层的智能水凝胶构成，智能水凝胶以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）为交联剂，过硫酸钾（K2S2O8）为前驱体，石墨烯微片层的片径为100~300nm，质量比为0.5%~1.0%；所述的光纤光栅（2）为线性啁啾光纤光栅，中心波长为1544nm，啁啾系数为0.2nm/cm，折射率调制度为1.5×10-4。
3.一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1) 搭建如权利要求1所述的一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测系统，备用；
2）将传感器节点分别布置在植物工厂内的多个栽培单元内，并进行固定，使其完全浸入营养液中；
3）打开系统各部件组成电源开关，在光纤中通入宽带光信号，通过频谱分析仪记录光纤中回波信号，并传输给计算机处理；
4）在计算机中对采集到的回波信号频谱特征进行分析，量化回波信号中的狭缝深度以及狭缝处的中心波长；
5）根据光纤光栅pH传感器的V-I传输矩阵数学模型，推导传感器节点处的pH水平以及传感器节点的位置信息；
6）将检测结果在计算机上进行实时展现。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测方法，其特征在于：所述步骤5）中的V-I传输矩阵数学模型确定方法，包括如下步骤：
1）搭建如权利要求1所述的一种分布式光纤光栅营养液pH在线检测系统；
2）将已知位置的光纤光栅节点浸入已知pH的营养液中进行试验，以营养液pH和光纤光栅位置为双因素，营养液pH水平分别取3.4, 5.0, 6.5, 7.2, 8.0, 9.5和10.8，光栅位置分别取10cm, 20cm, 30cm, 40cm和50cm；
3）在频谱分析仪中观察光纤回波信号，分析回波信号的频谱特征，包括狭缝深度和狭缝处的中心波长信息，并进行记录；
4）分析试验结果，建立光纤光栅传感器的V-I传输矩阵数学模型。
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