熒光光纖傳感器

熒光光纖傳感器是什么

熒光光纖傳感器由熒光光纖探頭、光纖、光纖轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。光纖在整個(gè)裝置中的作用有幾種情況。對可進(jìn)行直接測量的場合(即被測物能直接發(fā)光),光纖頭裸露,直接受光;對需要間接測量的場合(被測物質(zhì)與相應(yīng)的試劑作用后才能發(fā)出熒光),要在光纖端部進(jìn)行試劑固定化工作。試劑的固定化有多種形式,一種方法是將試劑先固定于載體上(如放在聚合物基質(zhì)上或置于半透膜之后),然后載體再粘附到光纖端部。也可以采用適當(dāng)?shù)墓に噷⒃噭┲苯庸潭ㄓ诠饫w端部。光纖本身主要是起著受光、傳光的作用(目前用于熒光測試的傳感器基本屬于這種類型。傳輸光纖可由兩條或多條光纖組成光纖束,激發(fā)光可經(jīng)由光纖接收。為降低耦合損耗及噪聲干擾,也有考慮將光源、探測器及放大器均置于探頭內(nèi)部,以達(dá)到提高靈敏度的目的。

熒光光纖傳感器除保留了熒光檢測方法的優(yōu)點(diǎn)外,還顯示了光纖傳感方法的優(yōu)勢。這種新型傳感器的與傳統(tǒng)的熒光方法相比較,具有如下幾個(gè)特點(diǎn):

(1)由于探頭直接探入待測液中,因而能提高接收信號(hào)的能力,減少光散射損失,對環(huán)境的敏感性降低,能克服濃度過大引起內(nèi)濾效應(yīng)及自吸收效應(yīng)。

(2)不需要參考電極,實(shí)現(xiàn)小型化,操作簡便。

(3)抗干擾能力強(qiáng),絕緣性能好,能在較惡劣的環(huán)境里工作。

(4)靈敏度及選擇性都很高,能較快而準(zhǔn)確地得出測量結(jié)果。

以上這些特點(diǎn)使得人們對開發(fā)熒光光纖傳感器表現(xiàn)了濃厚的興趣。

熒光光纖傳感器的發(fā)展特點(diǎn)及應(yīng)用前景

從已做過的研制工作及發(fā)表文獻(xiàn)來看,這種新傳感方法的發(fā)展趨勢有如下一些特點(diǎn):

(1)許多研究工作都把注意力集中于用光纖傳感器來實(shí)現(xiàn)遙感測量。這是最能體現(xiàn)光纖優(yōu)越性的一個(gè)領(lǐng)域。已有人利用光纖探頭深入到地表以下50m處檢測碳?xì)浠衔镱愇镔|(zhì)發(fā)出的微量熒光,也有深入到水下幾十米深進(jìn)行探測的實(shí)驗(yàn)。為了監(jiān)測地下水的污染狀況,有人使用了具有雙重遙測功能(強(qiáng)度與壽命)的熒光光纖傳感器。為了擴(kuò)大使用范圍,還出現(xiàn)可調(diào)諧波長的激光系統(tǒng)與光纖相結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量,針對惡劣的環(huán)境氣氛(如有毒性、腐蝕性等)也出現(xiàn)了能進(jìn)行遙測的熒光傳感器。從發(fā)展的趨勢看,在環(huán)境的選擇性測量中,熒光光纖傳感器會(huì)受到更多的重視。

熒光光纖傳感器用于實(shí)時(shí)、現(xiàn)場的檢測并提高其可靠性。例如已研制了監(jiān)測對維持生命有重要作用的生物量的濃度以及它們的新陳代謝狀態(tài)的光纖熒光光譜儀,對生物體重要參數(shù)的測量也取得了進(jìn)展。作為現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展方向,這種傳感器對在線測量是大有作為的。

熒光光纖傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在許多方面都能得到應(yīng)用。尤其在一些極端的環(huán)境及條件下都能夠正確地進(jìn)行測試。例如,可以對極低濃度的物質(zhì)(如荷爾蒙、類固醇等)測量;對極微小體積樣品的檢測(如上面介紹的亞微米范圍);在低溫條件下測量熒光強(qiáng)度及壽命;可以在超臨界流體中檢測熒光;以每秒120～ 500個(gè)樣品的速率進(jìn)行高速檢測等等。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)實(shí)踐對測試技術(shù)的要求也在提高,熒光光纖傳感器在近十多年來的進(jìn)展已表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力,隨著對其研究的深入,應(yīng)用范圍必將進(jìn)一步擴(kuò)大。這門檢測技術(shù)的發(fā)展,涉及了多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí),可以預(yù)計(jì),熒光光纖傳感器必將成為最富有吸引力的傳感器技術(shù)之一。