-28光纤。
[0026] 步骤2、在步骤1清洗干净的光纤中间取长为1.2cm的一段该段距光纤两端距离相 等，去除包层后用酒精洗干净，氮气吹干；
[0027] 步骤3、将步骤2中的光纤去除包层部分浸入体积分数为40%的氢氟酸溶液刻蚀 30分钟取出，用去离子水冲洗干净，本实施例用去离子水冲洗3次，然后用氮气吹干；
[0028] 步骤4、将步骤3制备的光纤垂直浸入重金属显色剂中15分钟后，以0.lmm/s的 速度提起后，放入温度为150摄氏度的鼓风干燥箱中加热固化1小时，自然冷却；重金属 显色剂的制备过程为：（1)、称取澳化十六烷基三甲胺0. 1489g，2%的聚乙烯醇2mL，柠檬酸 2. 089g溶于10mL蒸馏水中；（2)、再准确称取二苯碳酞二胁0. 9689g，溶于20ml丙酮；（3)、 将两份溶液混合后倒入研钵，然后加入水溶性壳聚糖3. 09g，硅胶5. 09g进行充分研磨，得 到粘稠状的重金属显色剂。
[0029] 步骤5、用酒粮清洗没有被步骤3刻蚀的光纤部分，然后去离子水清洗，氮气吹干；
[0030] 步骤6、用3d打印机打印两个由圆柱曲面和半圆弧曲面(也可是其它弧形凸曲面， 要求弧高不低于2. 5mm)构成的复合曲面，它们的厚度约为0? 2-lmm。结构从左至右的顺 序为左端长为0.卜〇. 30cm的圆柱曲面，中间是长为1. 2-1. 5cm半圆弧曲面，右端是长为 0. 1-0. 30cm的圆柱曲面；
[0031] 步骤7、在步骤6制作的复合结构中间段的两个半圆弧曲面的上方等间距开出直 径为1mm的小孔，去离子水清洗；
[0032] 步骤8、将重金属离子透过层4嵌入经步骤7处理过的两个半圆弧曲面内壁，然后， 再将步骤5中已制作好的光纤中心对准两端等距地嵌入已安装好重金属离子透过层4的两 个半圆弧曲面的任意一个上，将两个半圆弧曲面及圆柱曲面对准合上形成圆柱曲面，得到 所述的单通道重金属光纤传感器11 ;
[0033] 得到所述的单通道重金属光纤传感器11 ;
[0034] 步骤9、在步骤8中制作好的基于光谱显色法的重金属光纤传感器的二个光纤端 头的圆柱曲面外部套上橡胶套环6以固定光纤的二个端头，得到能够有效固定光纤端头的 单通道重金属光纤传感器11。
[0035] 多通道重金属光纤传感器的制备还包括下述步骤：
[0036] 步骤10、用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材料制作一个长宽高分别为2. 4厘米、2厘米 和2厘米的长方体，并在PMMA长方体的上表面中心由上向下开一边长为1. 5厘米，高为2 厘米的矩形孔；
[0037] 步骤11、在步骤10制作的长方体的上表面开一个以上的半圆形槽，半圆形槽互相 平行且深度为0. 4厘米，用去离子水清洗干净并吹干；
[0038] 步骤12、在步骤11制备的各个半圆形槽内均放置光纤插芯固定夹，光纤插芯固定 夹的一端距半圆形槽槽边〇. 3厘米，并用环氧树脂固定光纤插芯固定夹；
[0039] 步骤13、将步骤8制备好的单通道重金属光纤传感器11的光纤放入步骤12制备 好的各个光纤插芯固定夹内，并用环氧树脂固定光纤与光纤插芯固定夹，得到多通道重金 属光纤传感器；
[0040] 步骤14、用3D打印机制作长宽高分别为2. 4厘米、2厘米和2厘米且中心直径为 1.8厘米的半圆形凹槽；
[0041] 步骤15、在步骤13制备好的多通道重金属光纤传感器的光纤插芯固定夹的固定 槽上滴均匀环氧树脂，将中心对准步骤14制备的半圆形凹槽固定在一起。
[0042] 基于光谱显色法的单通道光纤传感器的工作原理如下：
[0043] 首先，一束多波长的光从左端的光纤插芯耦合进入光纤波导，在传感器的敏感区 域内有一部分膜式的光进入重金属光谱显色薄膜层2,与显色层颜色相同波长的光部分被 吸收，也相当于入射光的波长被显色层调制；被调制的光束通过光纤波导传导到右端，经过 光纤插芯进入光纤光谱仪。由于在重金属光谱显色薄膜层2部分波长的光被吸收，故在光 谱上这部分被吸收的光信号将减弱。此时，光谱仪上的信号可表示为：
[0045]然后，在样品池14里面注入一定量含有待测重金属的样品，重金属离子将通过重 金属离子过滤膜15进入光纤敏感区的表面与显色剂相互作用而呈现特定的颜色，同时被 显色层所调制的信号进入光纤光谱仪，在光纤光谱仪上出现波长的移动，此时，光谱仪上的 光信号为：
[0047] 当重金属离子的含量增加后，重金属光谱显色薄膜层2的颜色将变得更深，光谱 仪上的光谱波长移动量将增多，此时，光谱仪上的光信号为：
[0049] 从而建立了重金属含与光谱仪的波长移动量之间的函数关系为：
[0051] 在上述的描述中，从显色层的颜色上定性地辩别待测重金属的含量，从光谱仪中 的吸收特征光谱移动量定量地描述重金属含量。
【主权项】
1. 一种基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器，它包括光纤（I)，其特征在于：光 纤（1)外层是重金属光谱显色薄膜层（2)，重金属光谱显色薄膜层（2)外层是曲面空腔层 (3)，曲面空腔层（3)外层是重金属离子透过层（4)，重金属离子透过层（4)外层是带孔曲面 保护层（5)。2. 根据权利要求1所述的一种基于光谱显色法的单通道重金属光纤传感器，其特征在 于：带孔曲面保护层（5 )两端有橡胶套环（6 )和光纤插芯（9 )。3. -种基于光谱显色法的多通道重金属光纤传感器，其特征在于：它包括样品池 (14)，样品池（14)内盖有重金属离子过滤膜（15)，重金属离子过滤膜（15)内有如权利要求 1所述的单通道重金属光纤传感器（11 )，所述的单通道重金属光纤传感器（11)通过各个光 纤插芯固定夹（13)固定。4. 根据权利要求3所述的一种基于光谱显色法的多通道重金属光纤传感器，其特征在 于：所述的样品池（14)底部有样品池基底（12)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光谱显色法的单通道和多通道重金属光纤传感器，它包括光纤（1），光纤（1）外层是重金属光谱显色薄膜层（2），重金属光谱显色薄膜层（2）外层是曲面空腔层（3），曲面空腔层（3）外层是重金属离子透过层（4），重金属离子透过层（4）外层是带孔曲面保护层（5）；所述包含单通道重金属光纤传感器包括的多通道重金属光纤传感器，它包括样品池（14），样品池（14）内盖有重金属离子过滤膜（15），重金属离子过滤膜（15）内有单通道重金属光纤传感器（11）；解决了现有技术纤芯直径细小，易于折断，受环境温度影响较大；目标检测物的分子、离子与光纤表面结合时间长；在使用时易于发生弯曲折断等问题。
【IPC分类】G01N21/31, G01N21/78
【公开号】CN204630937
【申请号】CN201420833902
【发明人】白忠臣, 秦水介, 张正平
【申请人】贵州大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月25日