一种带有温度补偿的光纤光栅ph传感器及其测量方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于测量溶液ph的光纤光栅传感器，尤其是涉及一种带有温度补偿的光纤光栅ph传感器及其测量方法。
背景技术：2.光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光纤通信技术的发展而出现并迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒介、感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。光纤传感技术主要就是应用在工业领域，与电子传感系统相比，优势主要体现在传感器的安全性高、稳定性较好及寿命长。其中，光纤光栅传感器由于其单点精准、价格较低的优势，应用更为广泛。
3.光纤光栅传感的工作原理主要是监测布拉格光栅中心波长的变化，并将其与被测值的变化相关联。目前，光纤光栅传感器主要用于测量一些常规物理参数，如温度、压力、应变、振动/加速度等，并已投入使用。
4.然而，在一些特定工业领域如石油化工领域仍有重要的变量需要监测，其中之一便是溶液的ph。因此，需要一种光纤光栅ph传感器对溶液ph进行实时测量，可以更好地了解腐蚀过程，并有助于推断油厂的腐蚀速率。
5.光纤光栅传感中采用的机制通常是基于应变向光纤布拉格光栅的转移，其中应变来源是其中的关键(如弹簧或膜片等)。水凝胶由固体交联聚合物链和相邻水溶液的组合构成，会对外界刺激产生响应，可作为应变来源，主要分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或ph等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指自身能感知外界环境(如温度、ph、光、电、压力等)微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化。
6.同时，由于布拉格光栅反射的波长是折射率和光栅空间周期性的函数，而温度或光栅所受应变的变化会导致这些参数发生显著变化，从而导致布拉格光栅中心波长的变化。因此，对于光纤光栅ph传感器的温度补偿问题也是一个亟待解决的问题。
技术实现要素：7.基于上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有温度补偿的光纤光栅ph传感器及其测量方法，可由ph敏感水凝胶体积变化引起布拉格光栅应变，同时在一个不受力腔室中串联有参考布拉格光栅作为温度补偿，可用于复杂工况下的ph测量与评估，并可与其它类型的光纤传感器组成分布式测量系统。
8.本发明采用的技术方案如下：
9.一、一种带有温度补偿的光纤光栅ph传感器：
10.所述的带有温度补偿的光纤光栅ph传感器包括传感器外壳、第一螺纹压盖、光纤主体、固定圆盘、弹簧、移动活塞、水凝胶主体和第二螺纹压盖；传感器外壳为两端均开口的
筒体结构，传感器外壳内轴向间隔依次设有固定圆盘和移动活塞，传感器外壳轴向两端的开口分别依次安装第一螺纹压盖、第二螺纹压盖；第一螺纹压盖和固定圆盘之间形成第一腔室，固定圆盘和移动活塞之间形成第二腔室，移动活塞和第二螺纹压盖之间形成第三腔室；第二腔室内安装有弹簧，弹簧两端分别连接到固定圆盘和移动活塞的端面上；第三腔室内填充有水凝胶主体；所述光纤主体沿轴向贯穿过传感器外壳，依次穿设过第一螺纹压盖、固定圆盘、弹簧、移动活塞、水凝胶主体、第二螺纹压盖，且光纤主体在穿设过固定圆盘和移动活塞时分别和固定圆盘和移动活塞固定连接。
11.所述光纤主体主要由光纤和光纤保护层组成，在传感器工作过程中光纤内实时传输光信号。
12.所述光纤主体上设有第一布拉格光栅和第二布拉格光栅的两处布拉格光栅，第一布拉格光栅位于第一腔室中，第二布拉格光栅位于第二腔室中。
13.所述的固定圆盘固定于传感器外壳内，移动活塞可沿轴向活动地位于移动活塞内，使得水凝胶主体在接触被测液体的下驱动移动活塞轴向移动，克服弹簧的弹簧力进而导致固定圆盘和移动活塞之间的光纤主体拉伸获得缩短，影响导致光纤主体中的第二布拉格光栅变形而波长变化，从而反映ph变化实现ph的检测。
14.所述水凝胶主体主要由第一刚性滤网、第二刚性滤网、第三刚性滤网、柔性滤网及第一水凝胶组和第二水凝胶组构成，第三腔室内壁周面设置有环形的柔性滤网，第三腔室内沿轴向依次设置有第一刚性滤网、第二刚性滤网和第三刚性滤网，第一刚性滤网和第二刚性滤网之间设置第一水凝胶组，第二刚性滤网和第三刚性滤网之间设置第二水凝胶组，柔性滤网将第一刚性滤网、第二刚性滤网、第三刚性滤网、第一水凝胶组和第二水凝胶组均包裹在内；所述的传感器外壳在第三腔室处的周围侧壁开设镂空结构，被测液体透过镂空结构进入传感器外壳后和水凝胶主体接触。
15.所述第一水凝胶组对ph《7的酸性溶液敏感，且第一水凝胶组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；
16.所述第二水凝胶组对ph》7的碱性溶液敏感，且第二水凝胶组的体积根据碱性溶液的不同ph产生相应程度的溶胀或收缩。
17.所述传感器外壳呈圆柱形，内部具有两个台肩，分别为第一台肩和第二台肩，固定圆盘、第二螺纹压盖安装后分别和第一台肩和第二台肩配合定位。
18.所述第一螺纹压盖上端与传感器外壳的上端开口之间通过螺纹固定连接，第一螺纹压盖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，支撑结构下端连接支撑到第一台肩，将固定圆盘压紧到第一台肩，实现固定圆盘的轴向固定。
19.二、一种带有温度补偿的测量方法，如图8所示，方法包括以下步骤：
20.1)开始测量，将传感器置入被测溶液中；
21.2)在酸性被测溶液下，第一水凝胶组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，第二水凝胶组保持原状；
22.碱性被测溶液下则反之：在碱性被测溶液下，第二水凝胶组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，第一水凝胶组保持原状；
23.这样随被测溶液不同的ph产生变化，第一水凝胶组或第二水凝胶组的溶胀或收缩导致移动活塞移动特定距离；移动活塞移动导致固定圆盘和移动活塞之间的光纤主体拉伸
获得缩短，影响导致光纤主体中的第二布拉格光栅变形而波长变化；
24.4)根据第二布拉格光栅的应变变化相对于第一布拉格光栅的应变变化获得移动活塞运动导致的第二布拉格光栅的波长变化；
25.5)由第二布拉格光栅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。
26.本发明预先通过多次试验建立了波长-ph之间的转换关系，获得了波长-ph转换系数。
27.环境温度的影响和移动活塞的运动均会导致第二布拉格光栅产生应变变化。所述步骤4)中，本发明还设置了第一布拉格光栅另一个布拉格光栅，参考第一布拉格光栅的应变变化来对第二布拉格光栅的应变变化进行矫正，由此得出仅移动活塞运动导致的第二布拉格光栅的准确的波长变化，消除了环境温度的影响对第二布拉格光栅产生应变变化的误差。
28.本发明具有的有益效果是：
29.本发明通过两组不同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，同时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，可以消除环境温度对布拉格光栅波长的影响，提高传感器ph测量的精确度；
30.作为工作腔的第二腔室中布置的弹簧一方面可用于吸收振动冲击，改善传感器测量的稳定性，另一方面可提供恢复力，使其在不工作状态时，能够自动恢复到初始状态，便于下次测量的直接使用，而不需要特别的归零设置，增加使用的便捷性；
31.作为介质腔的第三腔室中布置有两组不同ph敏感水凝胶，并由三个刚性滤网隔开，增大被测溶液与ph敏感水凝胶的化学反应面积，提高传感器的效率和响应时间。
32.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，并可与其它类型的光纤传感器组成分布式测量系统。
附图说明
33.图1是本发明带有温度补偿的光纤光栅ph传感器的剖面示意图。
34.图2是本发明第一螺纹压盖的三维结构示意图。
35.图3是本发明传感器外壳的剖面示意图。
36.图4是本发明传感器外壳的a-a剖面示意图。
37.图5是本发明水凝胶主体的剖面示意图。
38.图6是本发明柔性滤网的三维结构示意图。
39.图7是本发明柔性滤网的结构沿圆周展开示意图。
40.图8是本发明测量方法示意图。
41.图中：1、带有温度补偿的光纤光栅ph传感器，11、传感器外壳，11a、第一腔室，11b、第二腔室，11c、第三腔室，111、第一台肩，112、第二台肩，113、传感器外壳上的镂空结构，113a、第一支撑梁，113b、第二支撑梁，113c、第三支撑梁，113d、第四支撑梁，12、第一螺纹压盖，121、光纤安装孔，122、第一螺纹压盖上的外螺纹，123、第一螺纹压盖上的支撑结构，13、光纤主体，131、光纤保护层，132、光纤，132a、第一布拉格光栅，132b、第二布拉格光栅，14、固定圆盘，15、弹簧，16、移动活塞，17、水凝胶主体，17a、第一水凝胶组，17b、第二水凝胶组，
171、第一刚性滤网，172、第二刚性滤网，173、第三刚性滤网，174、柔性滤网，174a、柔性滤网上的孔，174b、柔性滤网的高度，174c、柔性滤网的周长，18、第二螺纹压盖。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，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通过螺纹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；通过固定圆盘14和移动活塞16的密封隔断使得第一腔室11a、第二腔室11b、第三腔室11c相互之间不导通。
44.这样，传感器外壳11内部可分为三个腔室，分别为第一腔室11a、第二腔室11b和第三腔室11c。第一腔室11a的空间由第一螺纹压盖12和固定圆盘14之间的空间构成；第二腔室11b的空间由固定圆盘14和移动活塞16之间的空间构成；第三腔室11c的空间由移动活塞16和第二螺纹压盖18之间的空间构成。
45.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；光纤主体13沿轴向贯穿过传感器1整体，即贯穿过传感器外壳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。光纤主体13和传感器外壳11的中心轴线重合。
46.图1中，固定圆盘14、弹簧15、移动活塞16、水凝胶主体17依次从上至下安装于传感器外壳11的内部，光纤主体13则贯穿于传感器1内部，第一螺纹压盖12和第二螺纹压盖18与传感器外壳11通过螺纹固定连接进行密封。
47.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。
48.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。
49.第一布拉格光栅132a布置于第一腔室11a内部的光纤132上，该第一布拉格光栅132a为不受力的自由布拉格光栅，不受溶液ph的影响，仅受环境温度的影响引起第一布拉格光栅132a的应变变化；
50.第二布拉格光栅132b布置于第二腔室11b内部的光纤132上，该第二布拉格光栅132b为测量布拉格光栅，由溶液ph的影响导致水凝胶主体的溶胀或收缩以及环境温度引起第二布拉格光栅132b的应变变化。
51.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。
52.如图5所示，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；如图3和图4所示，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的第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b接触。
53.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；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的体积根据碱性溶液的不同ph产生相应程度的溶胀或收缩。
54.第一腔室11a为参考腔，用于消除由环境温度引起的布拉格光栅的应变变化，以提高传感器1测量的精确度。
55.第二腔室11b为工作腔，可由移动活塞16运动引起布拉格光栅的应变变化，其中在第二腔室11b中布置的弹簧15用于吸收振动冲击以改善传感器测量的稳定性，并提供恢复力，使其在不工作状态时，能够自动恢复到初始状态，便于下次测量的直接使用，而不需要特别的归零设置，增加了使用的便捷性，弹簧15上端面与固定圆盘14的下端面固定连接，弹簧15下端面与移动活塞16的上端面固定连接，且可由移动活塞16的运动拉伸或压缩弹簧15，同时为减小移动活塞16运动时的阻力，移动活塞16与传感器外壳11内部的接触部分涂有润滑材料。
56.第三腔室11c为介质腔，布置有两组不同ph敏感水凝胶参考图5，分别为第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b，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，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的体积根据碱性溶液的不同ph产生相应程度的溶胀或收缩，并由三个刚性滤网171、172、173隔开。其中，第一刚性滤网171、第二刚性滤网172和第三刚性滤网173均为刚性镂空滤网，无法被压缩，可允许被测溶液透过滤网与水凝胶组发生化学反应，可增加被测溶液与水凝胶组发生化学反应的面积，以提高传感器1的效率和响应时间。
57.如图3所示，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。
58.如图2所示，第一螺纹压盖12中心开设用于光纤主体穿设过的光纤安装孔121，第一螺纹压盖12上端设置有外螺纹122。
59.第一螺纹压盖12上端的外螺纹122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，镂空结构的数量可根据结构
尺寸而定，满足结构强度要求即可，位于第一腔室11a内部；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。
60.本实施例中传感器外壳11呈圆柱形，不局限于圆柱形，也可以是方形、菱形等其他形状。传感器外壳11内部具有两个台肩，分别为第一台肩111和第二台肩112，参考图3。固定圆盘14的下端面与传感器外壳11内部的第一台肩111接触，固定圆盘14的上端面由第一螺纹压盖12的下端面压紧，而第二螺纹压盖18与传感器外壳下端通过螺纹固定连接，第二螺纹压盖18的上端面与传感器外壳11内部的第二台肩112接触并与水凝胶主体17的下端面接触，水凝胶主体17上端面与移动活塞16下端面接触，水凝胶主体17下端面与第二螺纹压盖18的上端面接触。
61.根据传感器1的工作原理，传感器外壳11内部可分为三个腔室，分别为第一腔室11a、第二腔室11b和第三腔室11c。第一腔室11a的空间由第一螺纹压盖12和固定圆盘14之间的空间构成；第二腔室11b的空间由固定圆盘14和移动活塞16之间的空间构成；第三腔室11c的空间由移动活塞16和第二螺纹压盖18之间的空间构成。第一螺纹压盖12安装于第一腔室11a内部，与传感器外壳11的上端的通过螺纹固定连接，第一螺纹压盖12下端具有镂空结构，参考图2和图4，且沿周向均匀布置，镂空之后剩下四个支撑梁，分别为第一支撑梁113a、第二支撑梁113b、第三支撑梁113c、第四支撑梁113d，但并不局限于本实施例中的四个镂空结构，镂空结构的数量可根据结构尺寸而定，满足结构强度要求即可。
62.第一刚性滤网171、第二刚性滤网172和第三刚性滤网173均为刚性镂空滤网，无法被压缩。
63.柔性滤网174与第一刚性滤网171、第二刚性滤网172和第三刚性滤网173的侧边固定连接，用于限制第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b的周向扩展，使第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b只能沿轴向扩展，并随第一水凝胶组17a或第二水凝胶组17b的体积溶胀或收缩进行轴向拉伸或收缩。
64.如图6和图7所示，柔性滤网174为环形滤网，表面上开设通孔。
65.同时，柔性滤网174外侧端面与传感器外壳11内部端面接触部分涂有润滑材料，以减小水凝胶主体运动时的阻力。
66.参考图6，柔性滤网174上开有规整排列的孔174a，将柔性滤网174的结构进行圆周展开，参考图7，其中174b对应于柔性滤网174的高度，174c对应于柔性滤网174的周长，很明显，在174c和174b所在的轴向方向上，排列有38
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23的孔174a，但不局限于本实施例中的排列方式，可根据柔性滤网174的结构尺寸以及水凝胶的单元直径而定，在限制水凝胶组织外漏的基础上尽可能地增加被测溶液浸入的能力。
67.本发明的工作原理及测量方法如下：
68.参考图8，假设所选用的第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b与酸碱性溶液作用后会产生溶胀反应。
69.i、若传感器1被置入酸性被测溶液中，其测量方法及流程如下：
70.1)开始测量，将传感器1置入被测溶液中；
71.2)由于第一水凝胶组17a对ph《7的酸性溶液敏感，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，而第二水凝胶组17b则保持原状，不产生溶胀反应；
72.3)由于第一水凝胶组17a产生溶胀反应，体积增大，导致移动活塞16向上移动距离a(其中a是变量，随酸性溶液不同的ph产生变化)；
73.4)由于环境温度的影响和移动活塞16的运动导致第二布拉格光栅132b产生应变变化b；
74.5)根据参考第一布拉格光栅132a的应变变化x来对第二布拉格光栅132b的应变变化b进行矫正，由此得出移动活塞16的运动导致的第二布拉格光栅132b的波长变化c；
75.6)由第二布拉格光栅132b的波长变化c乘上对应的波长-ph转换系数e1，以此得出被测溶液的ph。
76.ii、若传感器1被置入碱性被测溶液中，其测量方法及流程如下：
77.1)开始测量，将传感器1置入被测溶液中；
78.2)由于第二水凝胶组17b对ph》7的碱性溶液敏感，第二水凝胶组17b的体积根据碱性溶液的不同ph产生相应程度的溶胀，而第一水凝胶组17a则保持原状，不产生溶胀反应；
79.3)由于第二水凝胶组17b产生溶胀反应，体积增大，导致移动活塞16向上移动距离d(其中b是变量，随碱性溶液不同的ph产生变化)；
80.4)由于环境温度的影响和移动活塞16的运动导致第二布拉格光栅132b产生应变变化e；
81.5)根据参考第一布拉格光栅132a的应变变化x来对第二布拉格光栅132b的应变变化e进行矫正，由此得出移动活塞16的运动导致的第二布拉格光栅132b的波长变化f；
82.6)由第二布拉格光栅132b的波长变化f乘上对应的波长-ph转换系数e2，以此得出被测溶液的ph。
83.若所选用的第一水凝胶组17a和第二水凝胶组17b与酸碱性溶液作用后产生收缩反应，移动活塞16向下移动相应距离，测量流程与上述类似，不再赘述。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
85.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：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
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。
技术总结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。增加了使用便捷性。增加了使用便捷性。
技术研发人员：何建新 王涛 朱玉琴 周堃 王成章 杨小奎 廖光萌 钱鹏 张大海
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/5
