一种多光路光纤荧光传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种多光路光纤荧光传感器。采用２或３个激发光源，每个光源分别与一根发射光纤对应耦合。接收光纤的接收端与激发光纤的输出端组合成对，并且成１５～４５°角。荧光经２或３根接收光纤分别接收和传输后，合并到一起，通过同一个滤光片进入一个光电转换器件中被检测。该传感器采用多光路设计，测量端相距给定距离，不仅可以改善测量不均匀荧光介质中荧光物质浓度的准确性和重复性，还能提高了激发光照射区域１－１．５倍，进而提高荧光强度和检测的灵敏度。本发明专利技术的传感器结构简单、使用方便、成本低廉，可对气、液等非固态荧光物质进行直接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多光路光纤荧光传感器。具体地涉及一种原位多探测区传感器， 可对气、液等非固态荧光物质进行直接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行 间接检测。
技术介绍
光纤化学传感器是利用化学发光、生物发光以及光敏感器件与光导纤维技术制作 的传感器，具有响应快、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小、功耗小、耐高温与腐蚀等特 点，可应用于其他传感器无法工作的恶劣环境等特点，并在环境监测、反应遥控监测、生物 医学及临床医学、危险场地分析与控制等诸多方面对特定有机物及无机物、藻类甚至物理 量做出精密分析与测量。荧光检测法是一种常用的光学检测技术，具有灵敏度高和选择性 强等优点。荧光光纤传感器结合了光纤传输和荧光检测法的优点，通过光纤对激发光和发 射荧光进行传导，具有制作简单、成本低廉、检测灵敏等优点，可用于分析待测物的实时在 线检测。环境监测和工业应用中经常遇到被测液体或气体中目标组分分布的不均勻现象， 导致在线监测传感器测量的数据离散性较大。目前解决这个问题的方法有1)多点测量然 后取平均值；幻单点测量较长时间然后取平均值；和；3)扩大测量区域。第1种方法需要多 只探头同时工作，或者人工干预；第2种方法测量周期较长，而且不适合目标组分浓度变化 较快的场合；第3种方法对于可见光波段的传感器，在野外开放环境中受到的外界背景光 干扰比较严重，并不实用。因此，如果将2个或3个传感器放在一起，且探测区相距一定距离，同时检测荧光 强度，然后进行数据平均，则能够改善测量的准确度和重复精度，但是会成倍增加成本。因 此，如果在一个传感器上设置2个或3个探测区，并且相距一定的距离，使用2个或3个激 发光源但是用同一个滤光片和光电转换器件，既可以实现同时测量2个或3个区域和获得 荧光强度平均值的功能，又使传感器的成本仅比原来的单只传感器略高，而远低于2只传 感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种多光路荧光光纤传感器。采用2个或3个光源分别 与2或3根光纤耦合，2或3根接收光纤分别与发射光纤配对，2或3对光纤的检测端相距 给定距离。这种传感器不仅能同时测量2或3个区域的荧光信号平均值，还可以有效地抑 制外界环境光的背景干扰。激发光纤与发射光纤之间的夹角可以优化，提高荧光的接收效 率，获得最佳信/噪比，提高传感器的灵敏度。该传感器结构简单、使用方便、成本低廉，可 对气、液等非固态荧光物质进行直接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行检 测，特别适合测量目标物质在介质中分布不均勻的场合，如高浓度叶绿素或藻蓝素现场测量等。本专利技术的技术方案是利用2或3个光源和2或3根激发光纤耦合，用2或3根接收光纤分别与2或3 根发射光纤组成对，光纤对的探测端相距给定距离。2或3个区域的荧光被2或3根接收光 纤收集和传输至同一个滤光片组件和同一个光电转换器件检测，得到2或3个荧光信号的 平均值。优化发射光纤与接收光纤之间的夹角，得到最佳的荧光收集效率/噪音比值。一种多光路光纤荧光传感器，包括光源、激发光纤、接收光纤(10 、滤光片和光电 转换器件，所述光源为2或3个、激发光纤为2或3根、接收光纤为2或3根，每个激发光纤的入射端分别与一个光源一一对应耦合；每根接收光纤分别与一根激发光纤配合成对设置，接收光纤的入射端面与其对应 的激发光纤的出射端面处于同一平面，它们端面之间距离为0-5mm ；2或3根接收光纤的出射端经滤光片与光电转换器件的光窗耦合。所述的光源为发光二极管或其它小型光源。所述的激发光纤和接收光纤可以是塑料光纤、石英光纤等。所述的接收光纤用于传导荧光，2或3根接收光纤尾端合并，与滤光片和光电转换 器件耦合。所述的每对激发光纤与接收光纤之间有15-45°的夹角，每2组光纤探测端之间 相隔给定距离。所述光电转换器件为一般的光电转化器件，包括光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极 管(APD)、硅光电池(Si_PCell)或电荷耦合光电检测器(CCD)。在所述激发光纤的出射端及接收光纤的入射端所处的平面表面依次设置有荧光 传感膜衬底及荧光传感薄膜，传感膜衬底与传感器探头的端面贴紧并固定；荧光传感薄膜 由对非荧光物质敏感的荧光探针分子经过吸附、化学键合或包埋法(溶胶-凝胶法)固定 在一定的无机或有机聚合物的透明材料内并涂覆于玻片基质表面获得。套筒组件的材质可以是金属(如不锈钢、铝等)或非金属(如特氟龙(Teflon)或 聚氯乙烯(PVC))或陶瓷。本专利技术具有如下优点1.本专利技术采用多光路多探测区、一个滤光组件和一个光电转换器件，不仅可以同 时检测2或3个相距一定距离的区域的荧光信号，获得平均值，还可以有效地抑制外界环境 光背景干扰，改善传感器的信噪比。2.对激发光纤与发射光纤的夹角进行优化，提高荧光的接收效率/噪音比值，提 高检测的灵敏度。3.多光路光纤荧光传感器相当于2只或3只传感器同时检测，但是因滤光器件、光 电转换器件和调理电路都是只用1套，光源和光纤的价格又十分低廉，因此所专利技术的传感 器制造成本比两只传感器低的多，仅比单只传感器略高些。4.该传感器结构简单、使用方便、成本低廉，可对气、液等非固态荧光物质进行直 接检测，也可以与荧光传感膜组合对非荧光物质进行检测。特别适用于目标组分非均勻分 布条件下测量浓度的情况，例如高浓度叶绿素、藻蓝素浓度的现场或在线测量。附图说明图1为一种直接检测荧光物质的荧光光纤传感器的示意图。图2所示为一种间接检测荧光物质的荧光光纤传感器的示意图。图中101为激发光源(如发光二极管)，102为激发光纤，103为接收光纤，104为 滤光片，105为荧光的光电转换器件(如硅光电池)，201为固定耦合各部分的套筒组件， 301为敏感膜衬底，302为荧光传感薄膜。具体实施例方式实施例1如图1所示，一种直接检测荧光物质的双光路光纤荧光传感器，其结构包括2个激 发光源101 (发光二极管)、2根激发光纤102、2根接收光纤103 ；每个激发光纤102的入射端分别与一个光源101 —一对应耦合；每根接收光纤103分别与一根激发光纤102配合成对设置，接收光纤103的入射 端面与其对应的激发光纤102的出射端面处于同一平面，它们端面之间距离为0-5mm ；2根接收光纤103的出射端经滤光片104与光电转换器件105的光窗耦合。所述的光纤传感器的激发光源101、激发光纤102、接收光纤103、滤光片104及光 电转换器件105等各部件固定在套筒组件201内，套筒组件可以由金属材质或高分子等非 金属材质加工而成。其中金属材料可以是不锈钢、钛铝合金等；非金属材料如陶瓷；高分子 材料如聚醚醚酮(PEEK)、特氟龙(Teflon)或聚氯乙烯(PVC)；陶瓷等。组装过程如下1)激发光源101、激发光纤102、接收光纤103、滤光片104及光电转换器件105等 各部件固定在套筒组件201内。2)接收光纤102与光电转换器件105之间设置有滤光片104。3)激发光纤102出射端与接收光纤103的荧光接收端成15_45°夹角。4)用发光二极管为激发光源101激发光源与激发光纤102耦合，激发光通过激发光纤102出射端照射到目标组分上， 产生的荧光被接收光纤103收集和传输，经过滤光片104至光电转换器件105中进行检测。荧光物本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多光路光纤荧光传感器，包括光源（１０１）、激发光纤（１０２）、接收光纤（１０３）、滤光片（１０４）和光电转换器件（１０５），其特征在于：所述光源（１０１）为２或３个、激发光纤（１０２）为２或３根、接收光纤（１０３）为２或３根；每个激发光纤（１０２）的入射端分别与一个光源（１０１）一一对应耦合；每根接收光纤（１０３）分别与一根激发光纤（１０２）配合成对设置，接收光纤（１０３）的入射端面与其对应的激发光纤（１０２）的出射端面处于同一平面，它们端面之间距离为０－５ｍｍ；２或３根接收光纤（１０３）的出射端经滤光片（１０４）与光电转换器件（１０５）的光窗耦合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：关亚风，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]