聚合物光纤传感技术和环境监测_光纤传感_百度空间


        由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够,预防不利,导致了全球性的 三大危机 : 资源短缺、环境污染、生态破坏 . 人类不断的向环境排放污染物质。但由于大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等的作用。污染物质的浓度和毒性会自然降低,这种现象叫做 环境自净 。如果排放的物质超过了环境的自净能力,环境质量就会发生不良变化,危害人类健康和生存,这就发生了 环境污染 。

环境污染有各种分类:
按环境要素分 :大气污染、水体污染、土壤污染。
按人类活动分:工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。
按造成环境污染的性质、来源分:化学污染、生物污染、物理污染(噪声污染、放射性、电磁波)固体废物污染、能源污染。

  环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响,如沙漠化、森林破坏、也会给生态系统和人类社会造成间接的危害,有时这种间接的环境效应的危害比当时造成的直接危害更大,也更难xx。例如,温室效应、酸雨、和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。这 种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性,往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到,然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。当然,环境污染的最直接、最容易被人所感受的后果是使人类环境的质量下降,影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。例如城市的空气污染造成空气污浊,人们的发病率上升等等;水污染使水环境质量恶化,饮用水源的质量普遍下降,威胁人的身体健康,引起胎儿早产或畸形等等。严重的污染事件不仅带来健康问题,也造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高,由于污染引起 的人群纠纷和冲突逐年增加。


光纤传感器的主要原理是通过探测光的强度、频率、波长、相位、偏振等光学物理量对外界环境参量(压力、温度、湿度、浓度等)变化的响应实现对环境的监测。与传统的传感器相比,光纤传感器具有测量对象广泛、检测方法灵活、灵敏度高、抗电磁干扰、可远距离遥测等优点,再加上它对被测介质影响小,非常有利于在环境污染监测、医药卫生、生物等具有复杂环境的领域中应用。随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高,光纤传感器产品不断推陈出新,在越来越多的领域中得到推广应用。

光纤倏逝场的传感技术

光在光纤中传播时,有一部分光是以倏逝场的形式在包层中传播的,利用有机溶剂化学刻蚀的
方法,将聚合物光纤中一小段的包层去除,代之以被测物质,倏逝场与待测物质相互作用,光纤中的
光强将被减弱,这样就可以做成新型的倏逝波POF传感器,它可以用来探测CO 、SO2等气体浓度和液体浓度,可广泛应用于环境污染检测。采用化
学刻蚀的方法,可以继续腐蚀芯层,得到呈锥度分布的POF,芯径的减小可以增强穿透的倏逝场,用这种锥型光纤制作的倏逝场传感器具有很高的探
测灵敏度。此外,利用化学方法去掉包层后,用有机环氧材料进行修饰,利用新的有机材料对环境的变化而导致折射率变化,使得系统接收端光强发
生变化来探测湿度、酒精浓度、气体泄漏,机械压力(微弯曲)、汽油等液体,压力、液面测量(倏逝场传感)、半径传感(弯曲)、
应力、热动开关、转动传感器、颜色探测器等。


掺杂型聚合物光纤传感器

在聚合物光纤的包层或芯层中掺杂有机染料或稀土离子后,根据掺杂荧光材料在受激发射荧光时的特性,可以应用于不同的物理量传感。这种传
感器的机理是:掺杂染料荧光发射受一些物理量的影响,通过探测荧光强度、强度比或者寿命的变化,从而实现对环境的传感测量。
采用不同荧光聚合物光纤制作的传感器,不仅可用于溶解氧浓度、X 射线强度、液体混浊度等的测量,还可以用于测量活体血液的pH值、CO2溶
度等,在生物传感、环境污染监测方面可以有许多应用。


       随着制作技术的不断进步和更多功能器件的研究,又出现了许多新型的聚合物光纤传感技术,如聚合物光纤光栅传感和微结构聚合物光纤传感。

传感部分摘自中国科学技术大学郑荣升论文



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