一种用于重金属离子检测的光纤传感装置的制作方法

本发明属于重金属离子检测设备技术领域，具体是涉及一种用于重金属离子检测的光纤传感装置。

背景技术：
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重金属元素造成的污染由于长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，已成为危害最大的环境污染源之一。准确、及时测定环境、废水及食品等载体中的重金属污染物浓度，是重金属污染治理的关键。重金属离子的常规分析方法主要有光谱法、色谱法、电化学法、生物检测法、快速检测法等。近几年，国家环境保护部信后出台了一系列的水质中重金属离子检测法的标准，这些标准都是基于已经成熟的光谱法，如显色剂络合反应分光光度法、原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等等。

目前，成熟的重金属离子检测仪器造价昂贵，结构复杂，一台仪器通常只能针对一种重金属污染物进行检测。针对先用的重金属离子监测仪器的缺点，一些实验室开发了基于电化学分析方法和生物化学分析方法的仪器，这些仪器检测速度快、仪器便携，有利于实现现场快速检测，但是灵敏度和准确性较低，检测重金属离子的种类有限。因此，开发简便、快速、高效的分析设备对于水中重金属污染物监测具有重要意义。且量子点是新型的荧光纳米材料，不同材料合成的量子点或不同表面配体基团的量子点在重金属离子环境中具有荧光猝灭或增强效应。

技术实现要素：
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为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于重金属离子检测的装置和方法灵敏度和准确性较低，检测重金属离子的种类有限，从而提出一种用于重金属离子检测的光纤传感装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于重金属离子检测的光纤传感装置，包括：

光源模块，所述光源模块为宽带光源。

波分复用器，所述波分复用器与所述光源模块连接，用于输出量子点荧光激发所需输出光。

第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器与所述波分复用器连接。

传输光纤，所述传输光纤与所述第一光纤耦合器连接，所述第一光纤耦合器将所述波分复用器输出光耦合进所述传输光纤中。

第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与所述传输光纤连接。

探测光纤，所述探测光纤与所述第二光纤耦合器连接，所述探测光纤的侧面构成有多个不同量子点的光纤探针。

信号解调装置，所述信号解调装置与所述传输光纤的输出端连接，用于检测重金属离子。

无线传输装置，所述无线传输装置与所述信号解调装置连接。

上位机，所述上位机通过无线传输装置与所述信号解调装置连接，所述上位机用于实时监测重金属离子的检测结果。

作为上述技术方案的优选，所述探测光纤为D型光纤。

作为上述技术方案的优选，经过活化后表面带有醛基基团的光纤探针与表面经过氨基基团修饰的量子点通过基团间的共价结合后构成所述光纤探针。

作为上述技术方案的优选，所述传输光纤为单模光纤。

作为上述技术方案的优选，所述信号解调装置包括滤波器、光电转换模块、信号处理模块，所述滤波器与所述传输光纤的输出端连接，所述光电转换模块的第一端与所述滤波器连接，所述光电转换模块的第二端与所述信号处理模块连接。

作为上述技术方案的优选，所述无线传输装置为Zigbee无线传输装置。

作为上述技术方案的优选，所述上位机还连接有显示屏，所述显示屏用于对重金属离子的检测结果进行显示。

本发明的有益效果在于：其通过在探测光纤上设置将量子点与光纤结合构成稳定的荧光光纤探针，可用于现场、实时监测水中重金属离子，将金属纳米颗粒增强荧光技术与光纤、量子点结合，可以检测多种重金属离子，检测的灵敏度和准确性高；其通过设置无线传输装置和上位机，可以将信号调解装置检测到的重金属离子实时发送给上位机，方便管理人员进行查看和监测。本装置实现了仪器小型化、便携化、兼具远端探测、实时分析、现场检测以及动态检测的能力。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明一个实施例的一种用于重金属离子检测的光纤传感装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的信号调解装置结构示意图。

图中符号说明：

1-光源模块，2-波分复用器，3-第一光纤耦合器，4-传输光纤，5-第二光纤耦合器，6-探测光纤，7-信号调解装置，8-无线传输装置，9-上位机，601-光纤探针，701-滤波器，702-光电转换模块，703-信号处理模块。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的用于重金属离子检测的光纤传感装置，包括：

光源模块1，所述光源模块1为宽带光源。

波分复用器2，所述波分复用器2与所述光源模块1连接，用于输出量子点荧光激发所需输出光。

第一光纤耦合器3，所述第一光纤耦合器3与所述波分复用器2连接。

传输光纤4，所述传输光纤4与所述第一光纤耦合器3连接，所述第一光纤耦合器3将所述波分复用器2输出光耦合进所述传输光纤4中。本实施例中，所述传输光纤4为单模光纤。

第二光纤耦合器5，所述第二光纤耦合器5与所述传输光纤4连接。

探测光纤6，所述探测光纤6与所述第二光纤耦合器5连接，所述探测光纤6的侧面构成有多个不同量子点的光纤探针601。本实施例中，所述探测光纤6为D型光纤。经过活化后表面带有醛基基团的光纤探针与表面经过氨基基团修饰的量子点通过基团间的共价结合后构成所述光纤探针601。需要探测时，在探测光纤6上设置对应重金属离子的光纤探针，通过设置一个或多个来检测重金属离子的含量和浓度。探测光纤6的传感区域由在光纤侧表面上固定有不同量子点的光纤阵列构成，不同量子点对某种重金属离子具有特异性荧光猝灭的作用，检测过程中，表面带有醛基基团的光纤探针与表面进行过氨基基团修饰的量子点通过基团间的共价进行结合，构成用于重金属离子的光纤探针，当水中的重金属离子作用于量子点表面时，将引起量子点发光效应改变，这种发光效应改变用荧光强度来辨识，并与重金属离子浓度存在函数关系，部分量子点发射的荧光耦合回到探测光纤6中，并通过耦合器耦合进传输光纤4中，从传输光纤4的输出端输出。

信号解调装置7，所述信号解调装置7与所述传输光纤4的输出端连接，用于检测重金属离子。如图2所示，所述信号解调装置7包括滤波器701、光电转换模块702、信号处理模块703，所述滤波器701与所述传输光纤4的输出端连接，所述光电转换模块702的第一端与所述滤波器701连接，所述光电转换模块702的第二端与所述信号处理模块703连接。

无线传输装置8，所述无线传输装置8与所述信号解调装置7连接。本实施例中，所述无线传输装置8为Zigbee无线传输装置。

上位机9，所述上位机9通过无线传输装置8与所述信号解调装置7连接，所述上位机9用于实时监测重金属离子的检测结果。本实施例中，所述上位机9还连接有显示屏901，所述显示屏901用于对重金属离子的检测结果进行显示。

本实施例所述的一种用于重金属离子检测的光纤传感装置，包括：光源模块、波分复用器、第一光纤耦合器、传输光纤、第二光纤耦合器、探测光纤、信号解调装置、无线传输装置、上位机。其通过在探测光纤上设置将量子点与光纤结合构成稳定的荧光光纤探针，可用于现场、实时监测水中重金属离子，将金属纳米颗粒增强荧光技术与光纤、量子点结合，可以检测多种重金属离子，检测的灵敏度和准确性高；其通过设置无线传输装置和上位机，可以将信号调解装置检测到的重金属离子实时发送给上位机，方便管理人员进行查看和监测。实现了仪器小型化、便携化、兼具远端探测、实时分析、现场检测以及动态检测的能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。