浅谈水质监测传感器

一、 设计思想的提出 
水是人类生活环境的重要组成部分,是生活和生产必不可少的重要资源。本世纪下半叶,随着各种自然资源的滥开滥用,环境污染愈演愈烈。生产和生活排出的大量污水,含有诸多有害因素,严重危害人类的健康。河流和近海的污染造成了大量的鱼类和贝类的死亡甚**灭**,人类正亲手毁坏大自然赐予的第二食物基地。淡水资源的紧张也向人类发出警告,全**缺水的**家已多达80多个。地球上的淡水总共为400万立方公里,据估计每年被污染的淡水达到400立方公里,已出现美**向加拿大,西德向瑞士购买淡水的新鲜事。凡此种种,不能不引起世人的担忧和关注。西欧和北美等发达**家早就兴起控制水源污染的声浪,制定了一系列的严重的法规。大大推动了水质监测传感器的研制和水质监测技术的发展。但是**内对于水质的监测却没那么重视,所以想设计一种价格低廉却又能实时的监测水质的传感器。 
   
二、 **内外本方面研究状况分析 
目前,传感器的研究和开发课题很多。1991年,仅西欧就有800多个研究机构在这个**域从事研究,每年大约耗资两亿英镑。而且这种努力的规模还要扩大,许多课题已经受到了环境检测需要的激励。 
  从技术上看,有三种技术可以克服以往传统传感器缺点的很有前途的传感器,这就是生物传感器、固体传感器和光学、光纤传感器。此外,实验室**分析法则是另一种克服传统传感器所具有缺点的专用方法。 
   
三、 设计构想

以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电
信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接,见上图a。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成,见上图b。由光发送器发出的光经源光纤引导**敏感元件。这时,光的某一性质受到了被测量的调制,已调光经过接收光纤耦合到光接收器,使光信号变为电信号,**后经由信号处理得到所期待的被测量。   
可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较,在测量原理上有着本质上的区别。传统传感器是以机-电测量为基础的,而光纤传感器则是以光学测量为基础 
光是一种电磁波,其波长从极远红外的1mm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因为其中的电厂而引起。因此,讨论光的敏感测量**考虑光的电矢量E的振动,即

光纤传感器的基本构成和组成原理  
 
光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成,光源发出的光耦合进光纤,经光纤进入调制区,在调治区内,外界被测参数作用于进入调区内的光信号,是其光学性质如光的强度、相位、偏振态、波长等发生变化成为被调制的信号光,再经过光纤送入光探测器而获得被测参数,光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、树脂涂层和塑料护套组成,纤芯和包层具有不同的折射率,树脂涂层对光纤起保护作用,光纤按材料组成分为玻璃光纤和塑料光纤;按光纤纤芯和包层折射率的分布可分为阶跃折射率型光纤和梯度折射率光纤两种。光纤能够约束引导光波在其内部或表面附近沿轴线方向向前传播,具有感测和传输的双重功能,是一种非常重要的智能材料。   
光纤传感器的类型及特点  
    
光纤传感器的类型很多,按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。  
传感型光纤传感器又称为功能型光纤传感器,主要使用单模光纤,光纤不仅起传光作用,同时又是敏感元件,它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点,使光波传导的属性(振幅、相位、频率、偏振)被调制。因此,这一类光纤传感器又分 为光强调制型,偏振态调制型和波长调制型等几种。对于传感型光纤传感器,由于光纤本身是敏感元件,因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。  
传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器,它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后,通过在输出段进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中,光纤仅作为传光元件,**附加能够对光纤所传递的光进行调治的敏感元件才能组成传感元件 
四、 光学和光纤传感器 
先进的光学和光纤的传感器在若干水质检测场合存在广阔的应用前景,能测量许多种分析物。这使得被公认的光学分析法(例如,各种光谱分析法)及提提光效应(包括荧光、散射、吸收、颜色调制和折射系数变化等)一起得到了开发。       现具体描述一下光纤传感器的一些应用介绍:   
1、 地下水和井水的监测 
光纤传感器可以长期连续的工作在井下进行实时监测。这种传感器可以监测下列污染物: (1) 卤代烃; (2) 燃料和油; (3) 酚。