[实用新型]一种基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置

说明书

本实用新型公开一种基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，其包括通过光纤依次连接的光源发射器、pH传感器以及光谱分析仪，所述pH传感器包括长周期光纤光栅以及涂覆在所述长周期光纤光栅表面的水凝胶膜层。在实用新型中，当pH传感器进入不同pH值的溶液中，所述水凝胶膜层的体积会发生变化，水凝胶膜层的折射率也会随之变化，从而导致长周期光纤光栅的共振波长随之发生位移变化，通过监测长周期光纤光栅的透射光谱的变化，便可以监测溶液的pH值。本发明提供的基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置展现出范围宽、重复性好、稳定性高等优点，除此之外，该基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置制作简单，成本低廉，适用于大范围酸性环境的连续检测。

技术领域

本实用新型涉及光纤技术、光纤光栅刻写技术、纳米薄膜制备技术的交叉领域，尤其涉及一种基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置。

背景技术

pH值是表示溶液中氢离子浓度的一种标准，也是人们常用的溶液酸碱程度的衡量尺度，具体表示为溶液中氢离子浓度取常用对数的负数值。利用pH值作为衡量溶液酸碱性的尺度已经在很多领域取得了应用，工业生产、食品安全、生物医学等领域中pH值是监测和调控的基础。例如，在海水水质监测中，pH值在生物或化学反应过程方面有着十分密切的联系。通过监测pH值可以迅速了解到大气、生物和水之间的相互作用，这对人类生存环境的稳定至关重要。在医学研究中，活体血液pH值一般处在6-8之间，细胞外的pH值的变化可以认为是影响肿瘤细胞的侵袭行为的一个因素，检测血液等pH值的变化，对预测癌细胞进展和决定合适的抗肿瘤治疗也至关重要。在农业生产中，检测土壤的pH值使农作物一直处在适合自己生长的土壤环境中，有利于产生高效的农作物；在工业生产中，监测生产过程中处理的污水的pH值，有利于保证污水的排放安全。

尽管最常用的pH测量方法是比色法和电化学法。前者是通过酸碱指示剂在其特定pH范围的水溶液中产生不同颜色的原理，若向pH值不同溶液中加入指示剂，溶液会生成不同的颜色，将其与指示剂的标准显色管目视比色，可得到大致的pH值，但其测量十分不准确。后者是通过pH选择电极(如玻璃电极)来测量出溶液的pH，也是目前使用最多的一种测量方法，但是这个仪器本身体积大且不稳定，不适用于连续检测的环境。近年来，光纤pH传感器因此得到了广泛的研究和应用，它有其体积小、灵敏度高、相容性好、耐化学腐蚀、在体内测量安全等优点，越来越多的光纤pH传感器被提出并实现。

迄今为止，已经有各式各样的光纤pH传感器被提出。基于不同的pH响应材料，就有两大类。其中一种是基于固定在光纤表面上的pH指示剂，pH指示剂也被公认为是常用的荧光材料。被测溶液的pH值可由各项指标的光学性质决定，包括吸光度、荧光强度和荧光寿命。然而，这类传感器的制备和使用易受到光强波动、温度、持续时间等因素的影响，比较不稳定。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，旨在解决现有pH传感器容易受光强波动、温度、持续时间等因素影响导致监测结果不准确且不稳定的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，其中，包括通过光纤依次连接的光源发射器、pH传感器以及光谱分析仪，所述pH传感器包括长周期光纤光栅以及涂覆在所述长周期光纤光栅表面的水凝胶膜层。

所述的基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，其中，所述水凝胶膜层包括依次涂覆在所述长周期光纤光栅表面的聚丙烯酸层和聚乙烯醇层。

所述的基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，其中，长周期光纤光栅包括设置有光栅的纤芯，以及包覆在所述纤芯外的包层。

所述的基于涂层长周期光纤光栅的pH值监测装置，其中，所述长周期光纤光栅的周期为0.52nm。