[发明专利]同时测定石油烃浓度及温度的光纤Bragg光栅传感器及制法

说明书

本发明涉及一种同时测定石油烃浓度及温度的光纤Bragg光栅传感器及制法，属于电子测量器件技术领域。传感器包括光纤Bragg光栅区域和与其连接的光纤区域，光纤Bragg光栅区域分为温度感应区和石油烃浓度及温度感应区两部分，光纤Bragg光栅区域的石油烃浓度及温度感应区由光纤Bragg光栅和涂覆其上的石油烃敏感层构成，石油烃浓度及温度感应区的一端连接温度感应区，另一端连接光纤区域；光纤Bragg光栅区域的温度感应区由光纤Bragg光栅、包裹在其上的光纤包层和封装在光纤包层上的毛细金属管构成，光纤区域由光纤纤芯、包裹在其上的光纤包层和封装在光纤包层上的毛细金属管构成，可同时测量水体中石油烃浓度及温度。

技术领域

本发明涉及一种同时测定石油烃浓度及温度的光纤Bragg光栅传感器及制法，具体涉及一种同时测定水体中石油烃浓度及温度的光纤Bragg光栅传感器及制备方法，属于水质分析及电子测量器件技术领域。

背景技术

石油作为一种不可缺少的能源，随着全球经济快速地增长消耗量急剧增加。然而由于自然和人为原因，原油及其子产品的泄漏经常发生。原油及其子产品中的石油烃具有高毒性、持久性、顽固性、难降解的特性，进入水体后会对水环境产生重大破坏，并对人类和其他生命体构成重大危害，因此水体中的石油烃化学污染物被归类为优先控制及修复的环境污染物。为了有效地降解或去除水体中石油烃污染物，实时在线原位监测水体中石油烃含量信息极其重要；因为在线监测技术不仅可以为环保部门提供水质实时可靠的数据，为环境决策提供重要依据，还可以为水体中石油烃除去或修复过程提供准确数据，从而提高石油烃去除效率。

关于水体中石油烃的测量方法主要有离线法和在线测量法。其中离线测量方法主要有分光光度法、气相色谱、质谱、色谱-质谱联用法等。虽然离线测量法能准确的识别石油烃成分及含量信息，但测量过程需要从水体中进行采样、破坏水体流动状态、测量过程耗时、分析过程复杂、仪器设备成本高，难以获得水体中石油烃分布信息和构建智慧水质环境监测云平台。在线石油烃测量技术主要包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、光纤光栅等感知技术。虽然红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等光谱技术可实现对水体中石油烃在线原位测量，但光谱分析技术复杂、设备成本高、测量过程受环境温度影响严重，同时受传感探头几何尺寸的限制，难以实现对地下水中石油烃的在线原位监测。光纤光栅传感器结合石油烃敏感材料可实现对水体中石油烃在线原位分布式监测，然而光纤光栅传感器的谐振中心波长受温度影响显著，难实现对环境温度变化较大水体中石油烃的准确检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时测量水体中石油烃浓度及温度的光纤Bragg光栅传感器及其制备方法，可实现对地下水中石油烃的在线原位监测。

本发明利用光纤Bragg光栅构建了一种同时测定温度及石油烃浓度的光纤传感器。光纤Bragg光栅被分为2个区域，其中二分之一光纤Bragg光栅区域采用氢氟酸腐蚀至纤芯，然后在其表面涂覆上一层对石油烃敏感的丁基橡胶-白炭黑-氧化石墨烯薄膜，用于感知水体中石油烃浓度及温度变化信息。另外二分之一光纤Bragg光栅区域封装于毛细金属管内，用于感知水体温度变化信息。建立光纤Bragg光栅对水体中石油烃浓度及温度二元参数的交叉敏感模型，获得两个不同光纤Bragg光栅区域对石油烃浓度及温度的灵敏度系数；利用光纤Bragg光栅温度敏感区域获得的温度信息对光纤Bragg光栅同时响应温度及石油烃浓度区域的温度信息进行补偿，实现对水体中石油烃浓度及温度二元参数的准确测量，为水体中石油烃污染监测和修复、地下水土质量提升提供重要支撑。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：