[发明专利]一种全光纤相位型氧传感器

说明书

本发明公开了一种全光纤相位型氧传感器。本发明提供的相位型光纤氧传感器是由光学系统、温度测量系统、信号处理系统及控制系统构成。上述光学系统由石英多模光纤耦合结构、光学挡板、直插LED参考光源、光纤耦合LED激发光源构成。该传感器可有效避免光强型氧传感器所存在的易受光纤弯折、漂白等因素干扰问题；选用低能量一体化设计的光纤耦合LED作为激发光源，降低了氧敏感荧光膜的漂白，同时省略了透镜等光准直元件，从而降低激发光的损失；优化多模光纤耦合结构设计，提高了荧光的收集效率；采用单色硅光电二极管采集光信号，省略了滤光片等滤光元件，降低了光信号的损失；创新的参考光路设计，提升了传统系统的稳定性。

技术领域

本发明属于氧气检测技术领域，具体涉及一种全光纤相位型氧传感器。

背景技术

氧气是生化反应中一种重要的反应物或产物，也是生命活动中不可或缺的关键物质。因此，准确地测量氧气含量对研究反应机理、提升反应效率、保障生命健康安全都至关重要。基于荧光猝灭原理的光学氧传感器因具有无需测试试剂、不消耗氧、抗干扰性强等特点在生化反应、水质检测等诸多领域已得到广泛应用。然而传统的光学氧传感器因其体积大难以实现微量溶液中氧气的测定。随着微流控等技术的发展，实现微量溶液中氧气的快速准确检测已成为提升其性能关键制约因素之一，因此，发展新型适用于微量溶液原位检测技术势在必行。

光纤作为一种良好的光传输及收集介质，为微量溶液中氧气的原位传感分析提供了可能。因此，基于光纤结构的氧传感器的研制已成为氧气检测技术领域的重点和热点。但是，目前光纤氧传感器主要是利用荧光光强作为氧气定量检测手段，而荧光光强易受光纤弯折、漂白、漂移等因素的影响，难以实现氧气的高稳定检测。发展基于荧光寿命或相位的氧传感器可有效克服这些不足，具有灵敏度高、不受荧光光强变化的影响等显著优势。因此，本发明集成光纤传感和相位检测的优势，发展一种具有高信噪比及稳定性的新型全光纤相位型氧传感器，可为微流控等领域的微量溶液中氧气高灵敏、高稳定性原位检测提供新的技术手段，具有显著的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种全光纤相位型氧传感器。该传感器适用于微量溶液检测。

本发明提供的相位型光纤氧传感器是由光学系统、温度测量系统、信号处理系统及控制系统构成。

上述光学系统由石英多模光纤耦合结构、光学挡板、直插LED参考光源、光纤耦合LED激发光源构成。

所述温度测量系统由NTC热敏电阻构成；

所述信号处理系统由硅光电二极管和模拟信号处理模块构成；

所述控制系统由RS485通讯接口、MCU微控制器、正弦调制模块构成。

在上述的相位型光纤氧传感器中，所述石英多模光纤耦合结构用于激发光传输和荧光的收集。多模光纤耦合结构的光发射端和接收端分别与光纤耦合LED、光学挡板通过SMA905接口连接；多模光纤耦合结构的探测端粘贴氧敏感荧光膜(铂卟啉高分子聚合物膜片)，作为微型光纤探针。

所述铂卟啉高分子聚合物膜片为固体膜片，主要荧光物质是铂卟啉高分子聚合物，可购自海洋光学亚洲公司，具体型号为Redeye oxygen sensing patch。

所述光学挡板为直径25mm的铝制圆盘，圆盘中心一体化加工SMA905接口；

所述直插LED参考光源，具体中心波长为650nm；

所述光纤耦合LED激发光源，具体中心波长为505nm；

所述硅光电二极管为单色色彩传感器，具体光谱响应范围为600～700nm；

所述NTC热敏电阻，具体阻值10k(25℃)，B值3950；

所述正弦调制模块的调制频率具体为5K。