基于多层水凝胶包覆的光纤布喇格光栅pH值传感器-论文.pdf

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1、圉爻段心期H基于多层水凝胶包覆的光纤布喇格光栅pH值传感器梁雄昌，陈舜儿，一，黄红斌，刘伟平1,2(1．暨南大学电子工程系，广州510632；2．北京品傲光电科技有限公司，北京100176)摘要：针对现有水凝胶薄膜包覆光纤布喇格光栅pH值传感器响应灵敏度较低的问题，提出了基于多层水凝胶包覆的光纤布喇格光栅pH值传感器的设计，研究了凝胶层厚度对传感器传感性能的影响。关键词：光纤布喇格光栅；水凝胶；pH值传感器中图分类号：TN29；TN929．11文献标识码：A文章编号：1002—5561(2013)10—0016—03PHSensorbasedOnmu

2、Iti-layerhydroqeIC0atedfiberBraqgqrating-，-一⋯一LIANGXiong-chang，CjShun—ei"1,2HL厂ANGHong-bin，UUWei-ping’2(1．DepartmentofElectronicEngineering，JinanUniversity，Guangzhou510632，China；2．OptoelectronicandFiberSensingInstituteofBeijingPioptics，Beijing100176，China)Abstract：Aimingatthelo

3、wsensitivityofthecurrenthydrogelbasedfiberBragggrating(FBG)pHsensors，thedesignofFBGcoatedwithmulti—layerhydrogelfilmispresented．Thesensingperformancerelatedtothelayerthicknessisresearched．Theresultshowsthatahighersensitivityisachievedbyincreasingtheradiusofthegellayer．Thesensor

4、swiththecoatingthicknessof580gmhastheoptimumresponseinapHrangeof6-9withthesensitivityof0．069nm／pH．Keywords：fiberBragggrating；Hydrogel；pHsensor0引言究了使用单层水凝胶包覆FBG制作pH值传感器，该光纤光栅作为一种新型的光纤器件．在传感器应传感器结构简单．测量范围较大．但是响应灵敏度只用方面受到广泛关注『1J。目前．在物理检测应用方面。有3pm／pH嘲。光纤光栅传感器已有成熟的研究成果．如应变传感因此，针对现有D

5、H值敏感水凝胶薄膜包覆FBG器、温度传感器、位移传感器和加速度传感器等．已经传感器响应灵敏度较低的问题．提出了采用多层水凝得到了工业化的发展和应用：然而在化学环境检测应胶包覆结构来提高传感器响应灵敏度的研究从传感用方面．光纤光栅传感器仍处于探索阶段，相关的研器的实验原理与方案、方案的实现与测试，以及实验究也成为当今光纤光栅的研究热点结果与讨论出发研究了多层水凝胶包覆的FBG传感针对环境pH值的检测需求，关于使用pH值敏感器对DH值的响应特性。水凝胶包覆光纤布喇格光栅(FBG制作光纤光栅化学传感器的研究工作已经被提出并取得一定的进展1实验原理与方案20

6、11年．I．Yulianti等人研究了通过双小铝盘包夹FBG是一种具有较窄的反射谱和较高的反射率FBG栅区水凝胶的结构来提高灵敏度的方法圆这种的均匀周期光纤光栅宽带光波在光纤中传输时，入方法引入了传感器结构的复杂性．制作工艺难度也相射光将在相应的波长上被反射回来．其余的投射光则应提高。同时．由于双小铝盘的耐酸碱性的影响．传感不受影响，这样光纤光栅就起到了光波选择作用。根器的测量范围也有限2012年．B．Shivananju等人研据耦合模理论．利用光纤光栅传输模式的正交关系．收稿日期：2013—06—17。得到FBG反射波长(中心波长)的基本表达式为：

7、基金项目：国家重大仪器设备开发专(No．2m2YQ110205)资助；广东=2n~A(1)省教育部产学研结合重点项目(No．2012B091000155)资助。式(1)中，n为有效折射率，A为光纤光栅周期。作者简介：梁雄昌(1988一)，男，硕士研究生，主要研究方向为光电子与光FBG作传感器的基本测量原理是FBG的中心波长总通信(电子邮件：tchser@jnu．edu．en)。圉梁雄吕，陈舜儿，黄红斌，等：基于多层水凝胶包覆的光纤布喇格光栅pH值传感器是随着外界环境参数的变化而变化。其中，应力的变传感器的响应，』6I6≈灵卸一敏度会随着水凝胶包覆厚度

8、的增大化就是影响中心波长漂移的主要物理过程。中心波长而提高。与应力的关系式如下：基于上述2原理．为了得到具有