【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液体监测，具体是一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置。
技术介绍
1、氨氮(nh3-n)是指在水环境中以游离态氨分子(nh3)和铵离子(nh4+)形式存在的氮。工农业生产中产生大量污水如未经过处理直接排放，会造成严重的环境污染，而作为重要的原料或中间产物的氨氮，其浓度的控制直接影响到最终产品的质量和生产效率，也是继cod之后的主要水污染约束性控制指标。因此，在污水排放过程中，氨氮会作为一项重要的监测指标，污水处理厂和工业企业需要采用高效的监测手段来确保氨氮排放量符合环保标准，以防止对环境造成过度污染。此外，在实验室部分试验过程中也需要实时监测氨氮浓度，进而调整实验条件以优化实验过程。
2、氨氮检测方法根据检测原理来划分主要有：分光光度法、氨气敏电极法、蒸馏-中和滴定法、离子色谱法、荧光法等。
3、分光光度法有纳氏试剂分光光度法和水杨酸分光光度法，纳氏试剂分光光度法根据碘化汞和碘化钾在碱性溶液中与氨反应能形成稳定的分散体系，其吸光度与氨氮浓度成正比的原理，在420nm波长处测量其吸光度从而测量氨氮浓度，该方法需要对待测定的水样进行预处理，排除水样中会对测定造成干扰的金属离子、硫化物等，此外汞盐有剧毒性还会对环境造成二次污染。而水杨酸分光光度法和纳氏试剂分光光度法类似，在含有亚硝基铁氰化钠并且呈碱性(ph＝11.7)的水中，氨、铵根离子会和水杨酸盐和次氯酸离子反应，改变其在697nm波长处的吸光度，但其和纳氏试剂分光光度法一样易受其他离子的干扰，并且其试剂保存期比较短，通常只有1个月。p>
4、氨气敏电极是一种离子选择性电极，在ph值＞11的条件下，使铵根离子转变为氨，氨通过氨气敏电极的疏水膜转移进入电极的内充液，内充液的ph值随着氨的进入而增大，ph与氨氮浓度的对数成正比例的线性关系。氨气敏电极法测量速度较快，但精度较低，并且氨气敏电极使用寿命比较短，通常在3-6个月，需要频繁的进行维护。
5、蒸馏-中和滴定法是在待测溶液中加入氧化镁使溶液呈微碱性，然后进行蒸馏后使用硼酸溶液来吸收蒸馏释放出的氨气，最后使用酸标准溶液中和滴定馏出液中的氨氮，从而测定氨氮浓度，该方法存在操作复杂，且无法实时监测的弊端。
6、离子色谱法利用离子色谱仪、阳离子保护柱和阳离子分析柱，通过色谱分析水样中的铵根离子含量，获得水样中的氨氮含量，该方法需要使用hcl作淋洗液，产生的废液同样会对环境造成二次污染。
7、荧光法是通过邻苯二甲醛、巯基乙醇或硼化氢(还原剂)和氨或伯胺的三元反应可产生强荧光物质—异吲哚取代衍生物的原理，检测水样中的氨基酸(不包括半胱氨酸、羟基脯氨酸、亚氨脯氨酸)，该方法操作复杂，并且对实验环境要求比较严格，目前只用于实验室的水样检测分析。
8、综上而言，对于溶液中氨氮的监测，目前通常采用采样检测的方法，其中大多需要与化学试剂反应，还会产生化学废液，或者采用氨气敏电极，精度较低而且需要频繁的维护。因此，亟需一种便于对检测水样中氨氮浓度进行实时监测，测量精度和稳定性高，同时又不会对环境造成二次污染的监测装置，以解决传统氨氮检测方法存在的弊端。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，它利用光子晶体光纤与多根单模光纤组合作为传感器，通过光纤传感技术实现液体氨氮浓度的实时监测，测量精度和稳定性高，不会造成二次污染。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，包括传感器外壳、内部传感器、传输光缆以及光路监测设备，所述内部传感器包括位于中心的光子晶体光纤及均匀环绕在其周围的多根单模光纤，所述光子晶体光纤由中心区域实心部分形成的纤芯和周边区域若干空气孔道形成的包层组成，所述纤芯进行长周期光栅刻写，所述包层的孔道内壁均先后镀有纳米聚合物膜和氨氮敏感膜，内部传感器同轴固定在传感器外壳内，所述传感器外壳底部设置抛物面端盖，所述抛物面端盖内表面底部为反射镜面且其焦点与光子晶体光纤底端对应，抛物面端盖顶部侧方开设进水口，所述传输光缆底端与内部传感器连接，传输光缆内部包括位于中心与光子晶体光纤熔接为一体的新增单模光纤以及位于周围向外引出的所述多根单模光纤的延伸段，所述光路监测设备包括隔离器、光纤耦合器、解调仪及电脑，光源经所述隔离器后通过所述光纤耦合器将光信号分为对应数量的分路并从传输光缆顶端引入多根单模光纤，多根单模光纤底端射出的光信号通过抛物面端盖聚焦为入射光引入光子晶体光纤，光子晶体光纤顶端输出的光信号通过所述新增单模光纤传递给所述解调仪，所述电脑与解调仪连接检测透射谱中谐振峰波长的移动量进而得到待测液体中的氨氮含量。
3、进一步的，所述抛物面端盖采用螺纹连接的方式安装在传感器外壳底部。
4、进一步的，所述抛物面端盖的进水口内部固定安装过滤网。
5、进一步的，所述内部传感器的光子晶体光纤及多根单模光纤通过ptfe防护套进行包覆定位。
6、进一步的，所述光子晶体光纤的纤芯进行长周期光栅刻写时刻写周期＞1μm。
7、进一步的，所述纳米聚合物膜和氨氮敏感膜通过静电自组装工艺镀在光子晶体光纤的包层的孔道内壁上。
8、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用光子晶体光纤与多根单模光纤组合作为传感器，测量精度和灵敏度高，通过光纤传感技术实现液体氨氮浓度的实时监测，可通过传感器的布置搭建监测网对监测网内的液体氨氮含量原位监测，相比于传统的氨氮监测方法，不易受外部电磁干扰，不会对环境造成二次污染，可以在狭小空间及小体积溶液中实现实时监测，具有稳定性强，体积小，几乎不需要后期维护等优点。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：包括传感器外壳(1)、内部传感器、传输光缆(7)以及光路监测设备，所述内部传感器包括位于中心的光子晶体光纤(4)及均匀环绕在其周围的多根单模光纤(5)，所述光子晶体光纤(4)由中心区域实心部分形成的纤芯和周边区域若干空气孔道形成的包层组成，所述纤芯进行长周期光栅刻写，所述包层的孔道内壁均先后镀有纳米聚合物膜和氨氮敏感膜，内部传感器同轴固定在传感器外壳(1)内，所述传感器外壳(1)底部设置抛物面端盖(2)，所述抛物面端盖(2)内表面底部为反射镜面且其焦点与光子晶体光纤(4)底端对应，抛物面端盖(2)顶部侧方开设进水口，所述传输光缆(7)底端与内部传感器连接，传输光缆(7)内部包括位于中心与光子晶体光纤(4)熔接为一体的新增单模光纤以及位于周围向外引出的所述多根单模光纤(5)的延伸段，所述光路监测设备包括隔离器、光纤耦合器、解调仪及电脑，光源经所述隔离器后通过所述光纤耦合器将光信号分为对应数量的分路并从传输光缆(7)顶端引入多根单模光纤(5)，多根单模光纤(5)底端射出的光信号通过抛物面端盖(2)聚焦为入射光引入光子晶体光纤
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：所述抛物面端盖(2)采用螺纹连接的方式安装在传感器外壳(1)底部。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：所述抛物面端盖(2)的进水口内部固定安装过滤网。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：所述内部传感器的光子晶体光纤(4)及多根单模光纤(5)通过PTFE防护套(3)进行包覆定位。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：所述光子晶体光纤(4)的纤芯进行长周期光栅刻写时刻写周期＞1μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：所述纳米聚合物膜和氨氮敏感膜通过静电自组装工艺镀在光子晶体光纤(4)的包层的孔道内壁上。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感技术的液体氨氮浓度监测装置，其特征在于：包括传感器外壳(1)、内部传感器、传输光缆(7)以及光路监测设备，所述内部传感器包括位于中心的光子晶体光纤(4)及均匀环绕在其周围的多根单模光纤(5)，所述光子晶体光纤(4)由中心区域实心部分形成的纤芯和周边区域若干空气孔道形成的包层组成，所述纤芯进行长周期光栅刻写，所述包层的孔道内壁均先后镀有纳米聚合物膜和氨氮敏感膜，内部传感器同轴固定在传感器外壳(1)内，所述传感器外壳(1)底部设置抛物面端盖(2)，所述抛物面端盖(2)内表面底部为反射镜面且其焦点与光子晶体光纤(4)底端对应，抛物面端盖(2)顶部侧方开设进水口，所述传输光缆(7)底端与内部传感器连接，传输光缆(7)内部包括位于中心与光子晶体光纤(4)熔接为一体的新增单模光纤以及位于周围向外引出的所述多根单模光纤(5)的延伸段，所述光路监测设备包括隔离器、光纤耦合器、解调仪及电脑，光源经所述隔离器后通过所述光纤耦合器将光信号分为对应数量的分路并从传输光缆(7)顶端引入多根单模光纤(5)，多根单模光纤(5)底端射出的光信号通过抛物面端盖(2)聚焦为入射光引入光子晶体光纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑世杰，朱子睿，苏子腾，姚旺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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