(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210410604.8 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 中国兵器 工业第五九研究所 地址 400039 重庆市九龙坡区渝州路3 3号 申请人 浙江大学 (72)发明人 何建新　王涛　朱玉琴　周堃　 王成章　杨小奎　廖光萌　钱鹏　 张大海　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器及 其测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种带有温度补偿的光纤光 栅pH传感器及其测量方法。 传感器外壳为两端 开 口的筒体结构， 内部轴向间隔设有固定圆盘和移 动活塞， 轴向两端开口安装第一、 第二螺纹压盖； 第一螺纹压盖、 固定圆盘、 移动活塞、 第二螺纹压 盖中的相邻两之间依次形成第一、 第二、 第三腔 室， 第二腔室内装弹簧， 第三腔室内有水凝胶主 体； 光纤主体沿轴向贯穿过传感器； 通过两组不 同pH敏感水凝胶的体积变化推动活塞运动引起 布拉格光栅的应变变化， 在一个不受力的第一腔 室中串联有参考布拉格光栅作为温度补偿。 本发 明结构紧凑、 尺寸小巧， 可用于复杂工况下的pH 测量与评估， 提高pH测量精确度、 效率和响应时 间， 改善测量的稳定性， 增 加了使用便捷性。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114705629 A 2022.07.05 CN 114705629 A 1.一种带有温度补偿的光纤光 栅pH传感器， 其特 征在于： 所述的带有温度补偿的光纤光栅pH传感器(1)包括传感器外壳(11)、 第一螺纹压盖 (12)、 光纤主体(13)、 固定圆盘(14)、 弹簧(15)、 移动活塞(16)、 水凝胶主体(17)和第二螺纹 压盖(18)； 传感器外壳(11)为两端均开口的筒体结构， 传感器外壳(11)内轴向间隔依次设 有固定圆盘(14)和移动活塞(16)， 传感器外壳(11)轴向两端的开口分别依次安装第一螺纹 压盖(12)、 第二螺纹压盖(18)； 第一螺纹压盖(12)和固定圆盘(14)之间形成第一腔室 (11a)， 固定圆盘(14)和移动活塞(16)之间形成第二腔室(11b)， 移动活塞(16)和第二螺纹 压盖(18)之间形成第三腔室(11c)； 第二腔室(11b)内安装有弹簧(15)， 弹簧(15)两端分别 连接到固定圆盘(14)和移动活塞(16)的端面上； 第三腔室(11c)内填充有水凝胶主体(17)； 所述光纤主体(13)沿轴向贯穿过传感器外壳(11)， 依次穿设过第一螺纹压盖(12)、 固定圆 盘(14)、 弹簧(15)、 移动活塞(16)、 水凝胶主体(17)、 第二螺纹压盖(18)， 且光纤主体(13)在 穿设过固定圆盘(14)和移动活塞(16)时分别和固定圆盘(14)和移动活塞(16)固定连接 。 2.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器， 其特征在于： 所述光 纤主体(13)主要由光纤(132)和光纤保护层(131)组成， 在传感器工作过程中光纤(132)内 实时传输光信号。 3.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器， 其特征在于： 所述光 纤主体(13)上设有第一布拉格光栅(132a)和第二布拉格光栅(132b)的两处布拉格光栅， 第 一布拉格光栅(132a)位于第一腔室(11a)中， 第二布拉格光栅(132b)位于第二腔室(11b) 中。 4.根据权利要求3所述的一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器， 其特征在于： 所述的 固定圆盘(14)固定于传感器外壳(11)内， 移动活塞(16)可沿轴向活动地位于移动活塞(16) 内， 使得水凝胶主体(17)在接触被测液体的下驱动移动活塞(16)轴向移动， 克服弹簧(15) 的弹簧力进而导致固定圆盘(14)和移动活塞(16)之间的光纤主体(13)拉伸获得缩短， 影 响 导致光纤主体(13)中的第二布拉格光栅(132b)变形而波长变化， 从而反映pH变化 实现pH的 检测。 5.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器， 其特征在于： 所述水 凝胶主体(17)主要由第一刚性滤网(171)、 第二刚性滤网(172)、 第三刚性滤网(173)、 柔性 滤网(174)及第一水凝胶组(17a)和第二水凝胶组(17b)构成， 第三腔室(11c)内壁周面设置 有环形的柔性滤网(174)， 第三腔室(11c)内沿轴向依次设置有第一刚性滤网(171)、 第二刚 性滤网(172)和第三刚性滤网(173)， 第一刚性滤网(171)和第二刚性滤网(172)之间设置第 一水凝胶组(17a)， 第二刚性滤网(172)和第三刚性滤网(173)之间设置第二水凝胶组 (17b)， 柔性滤网(174)将第一刚性滤网(171)、 第二刚性滤网(172)、 第三刚性滤网(173)、 第 一水凝胶组(17a)和第二水凝胶组(17b)均包裹在内； 所述的传感器外壳(11)在第三腔室 (11c)处的周围侧壁开设镂空结构(113)， 被测液体透过镂空结构(113)进入传感器外壳 (11)后和水凝胶主体(17)接触。 6.根据权利要求5所述的一种带有温度补偿的光纤光 栅pH传感器， 其特 征在于： 所述第一水凝胶组(17a)对pH<7的酸性溶液敏感， 且第一水凝胶组(17a)的体积根据酸 性溶液的不同pH产生相应程度的溶胀或收缩； 所述第二水凝胶组(17b)对pH>7的碱性溶液敏感， 且第二水凝胶组(17b)的体积根据碱权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114705629 A 2性溶液的不同pH产生相应程度的溶胀或收缩。 7.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的光纤光 栅pH传感器， 其特 征在于： 所述传感器外壳(11)呈 圆柱形， 内部具有两个台肩， 分别为第一 台肩(111)和第二 台肩 (112)， 固定圆盘(14)、 第二螺纹压盖(18)安装后分别和第一台肩(111)和第二台肩(112)配 合定位。 8.根据权利要求1所述的一种带有温度补偿的光纤光栅pH传感器， 其特征在于： 所述第 一螺纹压盖(12)上端与传感器外壳(11)的上端开口之间通过螺纹固定连接， 第一螺纹压盖 (12)下端具有沿周向均匀布置的镂空结构， 镂空结构之间形成支撑结构(123)， 支撑结构 (123)下端连接支撑到第一台肩(111)， 将固定圆盘(14)压紧到第一台肩(111)， 实现固定圆 盘(14)的轴向固定 。 9.根据权利要求1 ‑8任一所述传感器的一种带有温度补偿的测量方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 1)开始测量， 将传感器(1)置入被测溶 液中； 2)在酸性被测溶液下， 第一水凝胶组(17a)的体积根据酸性被测溶液的不同pH产生相 应程度的溶胀或收缩， 第二水凝胶组(17b)保持原状； 在碱性被测溶液下， 第二水凝胶组(17b)的体积根据碱性被测溶液的不同pH产生相应 程度的溶胀或收缩， 第一水凝胶组(17a)保持原状； 这样随被测溶液不同的pH产 生变化， 第一水凝胶组(17a)或第二水凝胶组(17b)的溶胀 或收缩导致移动活塞(16)移动距离； 移动活塞(16)移动导致固定圆盘(14)和移动活塞(16) 之间的光纤主体(13)拉伸获得缩短， 影响导致光纤主体(13)中的第二布拉格光栅(132b)变 形而波长变化； 4)根据第二布拉格光栅(132b)的应变变化相对于第一布拉格光栅(132a)的应变变化 获得移动活塞(16)运动导 致的第二布拉格光 栅(132b)的波长变化； 5)由第二布拉格光栅(132b)的波长变化乘上对应的波长 ‑pH转换系数， 得出被测溶液 的pH。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114705629 A 3