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光纤值传感器
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摘要：
近些年来，由于光纤PH 传感器在尺寸、成本反应时间等方面的优势，出现了越来越多的光纤PH 传感器。此外，光纤具有抗电磁干扰的特性，所以光纤PH 传感器在Ph 测量中应用更加安全。又因为光纤的损耗特别小，所以光纤PH 传感器在远距离的PH测量有很大的优势。
在化学、生物化学、临床化学和环境科学中，溶液的PH 值对化学反应有很大的影响，因此对PH 的测量和控制在是相当重要的。许多工业生广中部涉及水溶液酸碱度的测定。酸碱度对氧化、还原、结品、吸附和沉淀等过程都有重要的影响，应该加以测量和控制。许多制药过程和生化反应过程在恒定的或小范围pH内进行最为有效。PH是生产过程中—个非常重要的过程。例如在抗生京发酵中，即使很小的pH变化也能导致产率大幅下降。安全检测方面也有很多应用，例如通过检测水源PH值，可以检测水源是否被污染等。
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原理：
光纤PH 传感器的原理是通过PH 的变化来影响光特性，比如吸收、反射、折射率、荧光特性。光纤PH 传感器中最重要的元件就是PH 敏感层，通常是在光纤的尖端或者侧面添加PH 敏感材料。常见的光纤PH 传感器是去掉光纤的包层，然后将PH 敏感膜镀在光纤的纤芯上来传感，但是这种结构需要去除包层，比较麻烦，而且去包层的化学用品一般为氢氟酸，它的腐蚀性很强，比较危险。而基于单模-多模光纤组合的传感结构非常简单并且容易制作，因此也有广泛的使用。
现在，导电聚合物在PH 传感器得到了很好的应用，其中聚苯胺的应用最为广泛。聚苯胺敏感膜具有响应快、稳定性好、线性范围宽等特点。聚苯胺在PH 变化时，他的折射率和吸收系数会随之变化，并且当PH 值变大时，它的折射率也跟着变大。基于聚苯胺的PH 检测系统如下图 所示。主要由光源、光耦合器、传感部分、光发射镜以及光谱仪组成。
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Spectroscope：光谱仪
Single-mode fiber：单模光纤
Sensing Region：传感部分
Reflector：反射镜
Optical Fiber：光纤
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实验器件：
光源使用 SOA 的ASE 谱，它的中心波长为1064nm，在1014-1094nm 范围是连续并且稳定的。
光耦合是 2x2 的多模光纤耦合器。
光反射镜是在端面镀了高反射膜的光纤，它的目的主要是为了加强传感效果，产生一个双倍的效应。
光谱仪是光谱范围在600-1700nm 的光谱仪
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传感部分：
传感结构采用单模-多模光纤组合结构，并在单模光纤上镀Polyaniline 薄膜
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仿真模型:
如图是仿真模型，其中红色区域代表光纤的包层，绿色代表单模光纤纤芯，它长度是L，蓝色代表多模光纤，长度是L1，黄色区域代表敏感物。
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模型中主要的参数如下：
光源波长 free space wavelength 这个参数可以选择光源的波长
单模光纤纤芯直径core
多模光纤纤芯直径core1 蒲绒多模光纤的纤芯50um
单模光纤长度 L，它即是传感长度
多模光纤长度 L1=50um
吸收系数alpha 敏感物的吸收系数
Background_index 参考折射率为1
Delta 纤芯折射率和包层折射率之差
Delta1 纤芯折射率和参考折射率之差
Delta2 敏感物折射率和参考折射率之差
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根据上面上面安装记录不同PH 时的光谱图，我们得到下图：
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根据我们记录的光谱图中的数据，我们可以查出不同PH 处的光功率，如下图：
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