周冬秋, 肖韶荣, 肖林[1]2013年在《基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器研制》文中提出采用锁相放大技术研制了基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器,并组装了其测试系统。该系统采用高亮度蓝色LED作为光源,光电倍增管作为探测器,光栅光谱仪作为分光仪器,并使用SR830锁相放大器来检测荧光与激发光之间的相移。测定了相移差与调制信号频率、占空比之间的关系。实验结果表明,频率为60kHz、占空比为10%的矩形调制信号能使传感器的检测精度达到最大,对光纤溶解氧传感器的进一步研究具有参考意义。
越方禹[2]2003年在《光纤氧、乙炔气体敏感材料及其传感器性能研究》文中进行了进一步梳理气态氧和溶解氧的测定在医学、工业分析、环境监测等领域中具有重要的意义。由于光纤氧传感器具有本质安全、灵敏度高、检测精度高、响应时间快、不受电磁干扰等优点，并可对危险环境中的气态氧和溶解氧进行远程、连续和在线监控，近年来，其研究受到了人们的极大关注。本文以聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)为基质材料分别固定钌(Ⅱ)—邻菲咯啉(Ru(phen)_3Cl_2)和钌(Ⅱ)—二氮杂菲(Ru(bathophen)_3Cl_2)为荧光指示剂，制备出光纤氧敏感膜。采用锁相放大技术，这些膜在对气态氧和溶解氧进行测定时具有响应时间快、重复性和稳定性好等特点。 对乙炔气体的在线检测在电力工业、石化等领域中十分重要。本文研制的吸收型光纤乙炔传感器是利用乙炔气体的特征吸收峰来在线检测乙炔气体的含量的，且整个过程利用的是光波导，因此它有本质防爆功能。在检测乙炔时该传感器响应快、重复性好。 本论文内容主要包括以下两个主要方面：荧光指示剂合成和氧传感膜的制备及其性能研究与应用；吸收型光纤乙炔传感器的设计及其对乙炔气体的在线检测。 (1) 以PVC为基质材料，采用高分子膜法将荧光指示剂Ru(bpy)_3Cl_2和Ru(phen)_3Cl_2固定于其中制备出荧光性能优良的氧PVC敏感膜。实验证明了包埋Ru(phen)_3Cl_2的PVC敏感膜性能相对较好，该敏感膜对气态氧的响应时间小于30s，检测下限为5ppm，检测精度为0.5％，具有较好的重复性和稳定性。 (2) 采用水合叁氯化钌和4，7—二苯基—1，10—邻菲咯啉合成荧光指示剂——钌(Ⅱ)-二氮杂菲(Ru(bathophen)_3Cl_2)，通过红外光谱、荧光光谱等方法对该指示剂进行表征，得到其具有优良的荧光性能。将其固定于PS膜中制成PS敏感膜，由于该指示剂本质上不溶于水，在制备敏感膜时适当控制成膜配比，可最大限度地防止荧光指示剂的渗漏，因此该指示剂特别适合长期检测溶解氧。 (3) 设计出一种吸收型光纤乙炔气体传感器装置。从材料学的角度对光源、气室和光探测器进行了选择和研究。结合气相色谱仪对乙炔进行测定，得到该传感器检测下限为157ppm，响应时间小于3s，能较好地用于在线检测乙炔气体的浓度。
杨建华[3]2002年在《新型气/液分析传感器关键技术研究》文中提出基于荧光猝灭原理的生物兼容光学氧传感器氧敏感膜光降解特性研究。敏感膜中指示剂的光降解是光化学传感器研制中存在的普遍问题，也是该类传感器商品化过程中的主要技术障碍之一。文中重点研究了Ru(dip)_3~(2+)络合物氧敏感膜的光降解模型、氧敏感膜光降解速率与激励光波长、强度及膜环境温度的依赖关系。研究结果可使我们在此类传感器研制过程中，从硬件和软件两方面采取有效的措施补偿和校正光降解对测量信号的影响。 双光路凹型光耦合阵列液体传感系统——“电子舌”研制。本文将光电子技术和光谱分析技术相结合，区别于已有电子舌系统中，利用化学反应实现液体检测的研制思路，提出了一种利用光谱分析技术的电子舌研制思想，研制了基于集成LED和光电二极管阵列的双光路凹型光耦合电子舌系统，所研制的系统具有小体积、低功耗、低成本的特点。文中介绍了传感器的工作原理、结构组成，并给出了叁个测试实例。 不同测试环境和传感器工作温度条件下，金属氧化物二氧化锡半导体传感器阵列电子鼻系统动静态响应特性分析。系统地对电子鼻在不同工作环境湿度、不同样本温度、不同样本浓度、不同分析样本条件下的动态响应特性，进行了实验研究，同时研究了上述条件下，电子鼻系统稳态响应与传感器阵元工作温度的依赖关系。为该类电子鼻系统优化工作点的选择提供理论依据。文中基于传感器阵元在不同工作条件条件下对样本响应的非线性特性，实现了在一个传感器上多元样本信息的获取，并在此基础上提出‘超维信息’检测的设想。 利用前面所述的电子鼻和电子舌系统对四种肉类进行定性测量，对两种系统联合测量提高系统定性识别精度问题进行了初步研究探讨。
张建标[4]2003年在《基于荧光猝灭原理的光纤氧传感器研究》文中研究指明气态氧和溶解氧的测定在医学、工业分析、环境监测等领域中具有重要的意义。由于光纤氧传感器具有本质安全、灵敏度高、检测精度高、响应时间快、不受电磁干扰等优点，并可对危险环境中的气态氧和溶解氧进行远程、连续和在线监控，近年来，其研究受到了人们的极大关注。本论文以钌(Ⅱ)—联吡啶(Ru(bpy)_3Cl_2)为荧光指示剂，醋酸纤维素(Cellulose Acetate membrane，简称CA膜)为荧光指示剂固定的基质材料，制备出光纤氧传感膜。采用锁相放大技术，研制出一种基于荧光猝灭原理的可对气态氧和溶解氧浓度进行测定的光纤氧传感器。 本论文内容主要包括以下四个方面：荧光指示剂合成、氧传感膜的制备、光纤氧传感器的设计及该传感器对气态氧和溶解氧的检测。 (1) 采用水合叁氯化钌和2，2′—联吡啶合成出一种荧光物质——钌(Ⅱ)-联吡啶(Ru(bpy)_3Cl_2)，通过红外光谱和X射线衍射图谱对该指示剂进行表征。因其具有优良的荧光性能，适合作为检测气态氧和溶解氧的光纤氧传感器的荧光指示剂。 (2) 以CA为基质材料，采用物理包埋法将荧光指示剂固定在基质材料中制备出荧光性能优良的氧传感膜。通过调整成膜配比，控制CA膜的网格大小，最大限度地防止了荧光指示剂的渗漏。 (3) 设计出一种基于荧光猝灭原理的光纤氧传感器装置。根据荧光信号弱的特点，采用锁相放大技术，通过检测指示剂荧光寿命的变化来实现对气态氧和溶解氧浓度的检测。 (4) 该传感器对气态氧检测的响应时间小于20s，检测下限为5ppm，检测精度为0.5％，具有较好的重复性和稳定性。同时研究了各种因素对传感器性能的影响。 (5) 该传感器对溶解氧响应时间小于60s，检测下限为0.5mg／l，检测精度为0.1mg／l，重复性和稳定性较好。抗干扰能力强，不受水质中杂质离子，pH值以及水温的影响。同时我们用该传感器对东湖水质中的溶解氧进行了检测，测量结果与传统的溶解氧测量法——碘量法之间无明显差别，测量误差小于2％，说明该传感器可用于对环境水质的在线监测。
刘技峰[5]2009年在《平面光学氧传感器研究》文中研究表明氧与许多重要的化学及生化反应密切相关,因此,在化学工业、医疗保健、生物学、环境保护、生态等许多领域的研究中氧浓度测定的地位越来越重要,氧传感器技术也随之得到发展。迄今为止,虽然国外研究小组在实验室和海洋原位检测中尝试了多种平面光化学传感器的结构设计和水下敏感膜的制备方法,可是由于平面光化学传感器的研究工作还处于起始阶段,目前国际上尚无任何商品化产品,许多应用理论和技术仍需进一步改进和完善。譬如,光敏感膜的机械强度、灵敏性、制作工艺、稳定性等方面尚需要进一步的改进和完善;在现场适用性、图像信息的实时处理、校正方法等方面也需要改进和提高。本研究针对国内海洋光化学平面氧传感器所面临的不足,在分析化学、溶胶-凝胶薄膜制备工艺、校正方法、传感器系统集成等领域开展多学科交叉研究,一方面建立基于溶胶-凝胶技术的大面积O2敏感薄膜的制备方法与改进方案;另一方面在沉积物-水界面原位探测传感器的校准、自动采集、分辨率等方面积累了经验。论文的主要研究内容包括以下几个方面:论文第一章为文献综述。主要对测定溶解氧的几种方法进行了总结和对比,对氧传感器的研究现状进行了评述,尤其对其中的光纤化学传感器法进行了较为详细的介绍,并对其优缺点做了归纳。总结了荧光指示剂的探索历程以及几种常用的氧传感器载体的制备方法。论文第二章为氧传感器检测原理。着重介绍了荧光猝灭理论及所选定的两种荧光指示剂的性能。同时对平面光学氧传感器的总体设计作了简单的描述。论文第叁章介绍了溶胶-凝胶法制备氧传感膜的原理及工艺过程,就影响溶胶-凝胶工艺过程的主要参数逐一详细阐述。本文以TEOS、MTEOS为前驱体、DiMe-DMOS为有机改性交联剂、DMF为控制干燥剂,采用溶胶-凝胶法制备传感薄膜。在反复实验的基础上优化了传感薄膜的制备配比,并对不同配比的传感薄膜进行了分析,确定了薄膜制备的最佳方案。实验结果表明,前驱体最佳配比为:( TEOS + MTEOS) : DiMe-DMOS : DMF = (4+1) : 6 : 3。论文第四章为平面光学氧传感器的校准及应用研究。在实验室内对研制的光学平面传感器进行了校准试验,实验结果表明所研制传感膜对溶解氧浓度具有较好的线性关系,线性检测范围为1.4mg/L,响应时间小于30s,具有良好的稳定性。实现了对沉积物-海水界面溶解氧分布的测量,本论文的创新之处有以下几点:1、通过优化传感膜配方确定了以溶胶-凝胶法制备氧传感膜的工艺,成功地研制出面积达150×150mm的氧敏感薄膜,可反映溶解氧的两维空间连续变化,为开发新型海洋原位光学平面产感器技术进行了有益的探索。2、进行了两种金属指示剂包埋于薄膜之中的尝试,所研制的传感膜各项性能指标达到了预期目标。3、通过嵌入式采集系统与工业CCD相机及发光二极管的系统集成,构建了小型化的原位自动监测样机原型。
周冬秋[6]2012年在《光纤溶解氧传感器特性研究》文中提出在前人研究的基础上,采用黄俊、张建标的成膜方法制备了氧传感膜。因为钌络合物对氧的灵敏度随着配体的刚性和电子基团的增加而增大,并且随着碳链的增长,荧光指示剂的憎水性增大,荧光指示剂的流失现象减少,能够延长膜的使用寿命。因此,采用叁(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌(Ru(dpp)3Cl2)为荧光指示剂,醋酸纤维素(CA)为基质材料,制备了基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器的传感膜,并对溶解氧传感膜的透过率进行了测试,结合目测、生物显微镜观察的情况,确定了制作传感膜的最佳配比。测试系统采用高亮度LED灯为光源,Y型玻璃光纤为荧光的传输介质,因为光纤很细,被光直接照射到的传感膜较少,探测器能够检测到的荧光非常弱,因此采用光电倍增管为探测器。为了排除环境杂散光的干扰,采用锁相放大技术测定荧光与激发光的滞后相移值来测定水溶氧的含量；为了滤除荧光中的激发光,在荧光进入光电倍增管之前用光栅光谱仪滤光。因为光电倍增管输出的是电流信号,所以要将电流信号转换成电压信号后再输入锁相放大器进行相位检测。为此,本实验室设计制作了电流-电压(I-U)转换电路。通过考查荧光指示剂的浓度、激发信号的频率、激发信号的占空比对光纤传感器检测精度的影响,确定了采用浓度为8mg/l的荧光指示剂的水溶液,激发信号采用频率为60KHz、占空比为10%的矩形信号。最后,对光纤溶解氧传感器的性能进行了测定,实验结果表明,该传感器的检测下限为0.3mg/l,检测精度为0.03mg/l,响应时间小于25s,并具有良好的重复性、稳定性,抗干扰能力强。其响应曲线具有良好的线性,符合Stern-Volmer方程。将光纤溶解氧传感器与RSS-5100型测氧仪进行了比较,二者没有显着差异。
赵明富, 周慧, 李成成, 田霞, 邹文根[7]2017年在《基于荧光猝灭原理的塑料光纤溶解氧传感器》文中研究指明为了在线测量微生物燃料电池内溶解氧浓度,提高微生物燃料电池的产电效率,利用荧光猝灭原理,采用邻啡咯啉钌作为荧光标记物,并采用溶胶-凝胶法制备了氧敏感膜。将该敏感膜固定在塑料光纤表面,通过测量荧光指示剂发出的荧光强度实现了对溶解氧浓度的测量。实验结果表明,传感器的相对荧光强度与溶解氧浓度具有较好的线性关系,拟合系数达到0.980 7,且传感器具有良好的可逆性。
赵士威, 哀薇, 刘晓东[8]2002年在《基于相敏检测技术的光纤氧传感器》文中提出采用相敏检测技术,实现了对弱荧光信号的检测。用于一种基于荧光猝灭原理的光纤氧传感器。传感器具有较强的抗干扰能力、较好的重复性和稳定性。
倪沁颜[9]2005年在《基于荧光猝灭机理的光纤化学氧传感器》文中研究指明本文着重研制一种基于荧光猝灭原理,能对溶解氧浓度进行实时在线测定的光纤氧传感器。全文共分为四部分:论文第一部分为文献综述。主要对测定氧浓度的几种方法进行了总结及对氧传感器的研究现状进行了评述,对其中的光纤化学传感器法进行了较为详细的介绍,并总结了几种常用于光纤化学氧传感器的载体。最后提出了本课题研究的意义、目的和研究的主要内容。论文的第二部分为方法原理。着重介绍了荧光产生和猝灭的原理及多孔塑料光纤探头的原理。同时对多孔塑料光纤探头制备的工艺流程也作了详细描述。论文的第叁部分为多孔塑料光纤氧传感探头的研究。本章应用甲基丙烯酸四氟丙酯(TFPM)、甲基丙烯酸异丁酯(IBM)为单体,二甲基丙烯酸一缩二乙二醇酯(DGDA)为交联剂,采用交联共聚技术制备多孔塑料光纤氧传感探头,并将钌(Ⅱ)-叁-4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉高氯酸盐复合物固定于共聚体中。考查了参与聚合的各组分的类型和用量等参数对探头灵敏度的影响。并对传感探头的响应时间、泄漏、重现性、可逆性等响应性能指标进行了讨论。所研制的氧传感探头对溶解氧具有较好的响应,线性范围为0.56mg/L-10mg/L,检测限为0.15mg/L。论文的第四部分为甲基丙烯酸四氟丙酯为单体的氧传感膜的研究。本章以甲基丙烯酸四氟丙酯(TFPM)、甲基丙烯酸异丁酯(IBM)为混合单体,磷酸叁丁酯为增塑剂,钌(II)-叁-4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉高氯酸盐复合物为指示剂,通过一系列的优化实验制备了对溶解氧具有较高灵敏度的氧传感膜。并对传感膜的响应时间、泄漏、重现性、可逆性等响应性能指标进行了讨论。所研制的氧传感探头对溶解氧的线性范围为0.56mg/L-15mg/L,检测限为0.1mg/L。
王睿晨[10]2014年在《光纤温度与溶解氧传感器特性研究》文中提出溶解氧的检测在环境监测、水产养殖和海洋科学等领域具有重要的意义,且随着我国对环境和资源保护的重视,各类检测技术的不断发展,对能够实现在线检测的溶解氧传感器的需求程度也越来越高。光纤溶解氧传感器具有的灵敏度高、响应时间快、不受电磁干扰、传输损耗低等特点使其成为新一代溶解氧检测技术的探索方向。本文制作了以检测荧光强度的方法测量溶解氧含量的光纤传感器;针对水质温度检测和对荧光强度信号进行温度补偿的双重需要,同时为了保证光纤传感的结构优势,选取布拉格光纤光栅并对其进行封装处理,制作了温度传感器。本文的主要研究内容主要有:选取钌的邻菲啰啉配合物Ru(phen)3Cl2作为荧光指示剂原料,选用溶胶-凝胶法制备氧敏感膜,研究了溶胶的原料配比、荧光物质的加入量、膜液的静置时间等对成膜效果的影响,对制膜工艺和成膜基质进行了优化,最终使敏感膜材料具有良好的均匀性和高效的荧光产率。对溶解氧传感器的探头部分进行了设计,提出了一种新型的探头结构,能够让光路更加稳定,同时提高接收到的荧光信号强度,使通过检测荧光光强测量溶解氧含量的光强法得以实现;对温度传感器的光纤光栅探头使用陶瓷管进行了封装,消除了应力对光栅的影响,使光纤光栅只对温度敏感。最后,对制作成的光纤温度与溶解氧传感器的性能进行了大量的实验测试,结果表明,传感器具有良好的稳定性和重复性,其中氧传感器对溶解氧响应的拟合曲线具有良好线性度,检测精度为0.02mg/L,响应时间小于30s,具有较强的抗环境干扰能力,但存在一定的温度漂移;温度传感器检测精度为0.2℃,响应时间为5s左右,只对温度敏感,可对溶解氧传感器进行温度补偿。
参考文献：
[1]. 基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器研制[J]. 周冬秋, 肖韶荣, 肖林. 光学与光电技术. 2013
[2]. 光纤氧、乙炔气体敏感材料及其传感器性能研究[D]. 越方禹. 武汉理工大学. 2003
[3]. 新型气/液分析传感器关键技术研究[D]. 杨建华. 西北工业大学. 2002
[4]. 基于荧光猝灭原理的光纤氧传感器研究[D]. 张建标. 武汉理工大学. 2003
[5]. 平面光学氧传感器研究[D]. 刘技峰. 中国海洋大学. 2009
[6]. 光纤溶解氧传感器特性研究[D]. 周冬秋. 南京信息工程大学. 2012
[7]. 基于荧光猝灭原理的塑料光纤溶解氧传感器[J]. 赵明富, 周慧, 李成成, 田霞, 邹文根. 半导体光电. 2017
[8]. 基于相敏检测技术的光纤氧传感器[J]. 赵士威, 哀薇, 刘晓东. 传感器技术. 2002
[9]. 基于荧光猝灭机理的光纤化学氧传感器[D]. 倪沁颜. 福州大学. 2005
[10]. 光纤温度与溶解氧传感器特性研究[D]. 王睿晨. 哈尔滨工程大学. 2014
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