光纤传感器在海洋科学领域的应用与研究进展（可编辑）

光纤传感器在海洋科学领域的应用与研究进展（可编辑） 光纤传感器在海洋科学领域的应用与研究进展 光 纤 与 电 缆 及 其 应 用 技 术 2010 年 第 5 期 No .5 2010 O p t ic a l Fib e r & E l e c t r ic C a b le 综 述 光 纤 传 感 器 在 海 洋 科 学 领 域 的 应 用 与 研 究 进 展 1 1 1 1 1 2 王 文 华 , 封 余 军 , 师 文 庆 , 熊 正 烨 , 李 思 东 , 林 钧 岫 1. 广 东 海 洋 大 学 理 学 院 , 广 东 湛 江 5 24 08 8 ; 2. 大 连 理 工 大 学 物 理 与 光 电 工 程 学 院 , 辽 宁 大 连 1 16 024 [ 摘 要 ] 详 细 论 述 了 光 纤 传 感 器 在 海 洋 科 学 领 域 , 包 括 海 洋 的 温 度 、 压 力 、 盐 度 、 p H 值 、 溶 解 氧 浓 度 和 浮 游 植 物 的 叶 绿 素 a 的 浓 度 等 方 面 的 应 用 与 研 究 进 展 , 对 传 统 测 量 方 法 和 光 纤 传 感 技 术 测 量 方 法 进 行 了 比 较 。 可 以 预 见 , 光 纤 传 感 器 对 保 护 和 监 测 海 洋 环 境 、 开 发 海 洋 资 源 以 及 发 展 海 洋 养 殖 业 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。[ 关 键 词 ] 光 纤 ; 光 纤 传 感 器 ; 海 洋 科 学 ; 海 洋 资 源 ; 海 洋 环 境[ 中 图 分 类 号 ] T P 212.9;T N253 [ 文 献 标 识 码 ] A[ 文 章 编 号 ] 1006 1908201005 0005 04 A p p l i c a t i o n a n d R e s e a r c h P r o g r e s s o f O p t i c a l F i b e r S e n s o r i n O c e a n S c i e n c e 1 1 1 1 W ANG W e n h u a , FE NG Y u j u n , S H IW e n q i n g , X IO NG Z h e n g y e , 1 2 LIS i d o n g , LIN Ju n x i u 1S c h o o l o f S c i e n c e , G u a n g d o n g O c e a n U n i v e r s i t y , Z h a n j i a n g 5 24 08 8 , G u a n g d o n g , C h i n a ; 2. S c h o o l o f P h y s i c s a n d O p t o e l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g , D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , D a l i a n 1 16 024 , L i a o n i n g , C h i n a A b s t r a c t : T h e a p p l ic a t io n a n d r e s e a r c h p r o g r e s s o f o p t ic a l f ib e r s e n s o r in o c e a n s c i e n c e , i n c l u d in g t h e s e n s in g o f o c e a n s t e m p e r a t u r e , p r e s s u r e , s a l in it y , p H , c o n c e n t r a t i o n o f d is s o l v e d o x y g e n , a n d t h e c o n c e n t r a t i o n o f c h lo r o p h y ll a f r o m p h y t o p la n k t o nT h e c o m p a r is o n b e t w e e n t r a d it i o n a l m e a s u r in g m e t h o d s a n d o p t i c a l f ib e r s e n s in g is m a d eIt is e x p e c t e d t h a t o p t ic a l f ib e r s e n s o r h a s im p o r t a n t s ig n i f ic a n c e t o t h e p r o t e c t io n a n d m o n it o r in g o f o c e a n e n v ir o n m e n t , t h e d e v e l o p m e n t o f o c e a n r e s o u r c e s a n d o c e a n a q u a c u lt u r eK e y w o r d s : o p t ic a l f i b e r ; f i b e r o p t ic s e n s o r ; o c e a n s c ie n c e ; o c e a n r e s o u r c e ; o c e a n e n v ir o n m e n t 海 洋 科 学 领 域 外 , 也 可 用 于 湖 泊 、 江 河 等 水 体 环 境 的 0 引 言 [ 1 2] 监 测 。 光 纤 传 感 器 是 有 效 进 行 海 洋 资 源 开 发 和 随 着 陆 地 环 境 日 益 恶 劣 , 陆 地 资 源 日 趋 紧 张 , 甚 海 洋 环 境 监 测 的 一 个 重 要 手 段 , 本 文 将 对 光 纤 传 感 至 面 临 枯 竭 , 人 们 纷 纷 将 目 光 投 向 海 洋 , 开 发 海 洋 资 器 在 海 洋 科 学 领 域 的 应 用 与 研 究 进 展 进 行 比 较 详 细 源 、 发 展 海 洋 经 济 、 开 展 海 洋 环 境 监 测 成 为 沿 海 国 家 的 论 述 和 分 析 , 以 引 起 相 关 领 域 专 家 的 关 注 与 重 视 。 尤 其 是 沿 海 发 达 国 家 国 民 经 济 的 重 要 支 柱 。 开 发 海 1 海 水 温 度 和 深 度 的 测 量 洋 资 源 和 开 展 海 洋 环 境 监 测 离 不 开 海 洋 传 感 器 , 光 纤 传 感 技 术 作 为 21 世 纪 的 支 撑 技 术 之 一 , 推 动 着 海 温 度 和 深 度 压 力 是 海 洋 物 理 学 的 两 个 重 要 参 洋 传 感 器 的 发 展 。 基 于 光 纤 传 感 技 术 的 海 洋 传 感 器 量 , 它 们 对 研 究 海 洋 水 文 气 象 观 测 、 海 洋 环 境 监 测 和 能 对 海 洋 温 度 、 压 力 深 度 、 盐 度 、 溶 解 氧 的 浓 度 、 海 洋 渔 业 等 领 域 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。 p H 值 、 浮 游 植 物 的 叶 绿 素 a 、 BO D 生 化 耗 氧 量 、 悬 海 水 温 度 和 深 度 压 力 的 传 统 测 量 方 法 是 基 于 浮 物 的 含 量 、 石 油 污 染 物 、 黄 色 物 质 进 行 现 场 测 量 , 热 敏 电 阻 或 铂 电 阻 的 测 量 , 但 是 热 敏 电 阻 和 铂 电 阻 以 及 对 海 洋 平 台 进 行 监 控 , 光 纤 传 感 器 除 了 适 用 于 的 输 出 电 压 与 温 度 都 是 呈 非 线 性 的 , 因 此 测 量 误 差 较 大 。 光 纤 传 感 器 海 水 温 度 的 测 量 是 基 于 光 时 域 反 射 O T DR 原 理 , 通 过 探 测 沿 着 光 纤 反 射 回 来 的 瑞 [ 收 稿 日 期 ] 2010 04 08 [ 作 者 简 介 ] 王 文 华 1976- , 男 , 广 东 海 洋 大 学 理 学 院 讲 利 散 射 或 者 布 里 渊 散 射 或 者 拉 曼 散 射 信 号 , 测 量 海 师 , 博 士 生水 温 度 分 布 。 其 中 瑞 利 散 射 和 布 里 渊 散 射 信 号 在 分 [ 作 者 地 址 ] 广 东 省 湛 江 市 湖 光 岩 东 , 广 东 海 洋 大 学 理 学 院 ,52408 8 布 式 传 感 技 术 中 应 用 最 广 泛 , 并 且 布 里 渊 散 射 信 号 光 纤 与 电 缆 及 其 应 用 技 术 2010 年 第 5 期6的 频 移 和 功 率 是 温 度 和 应 力 的 函 数 , 通 过 测 量 布 里 表 面 的 盐 度 , 因 此 限 制 了 它 的 应 用 范 围 。 光 纤 传 感 渊 散 射 信 号 的 频 移 和 峰 值 功 率 就 可 以 确 定 某 处 的 温 器 在 海 水 盐 度 的 测 量 方 面 具 有 独 到 之 处 , 它 是 基 于 度 和 应 力 大 小 , 从 而 实 现 海 水 温 度 和 深 度 压 力 的 海 水 对 光 信 号 的 折 射 率 随 海 水 盐 度 的 变 化 呈 线 性 变 [ 3] 同 时 测 量 。 分 布 式 光 纤 传 感 技 术 可 以 采 用 复 用 技 化 ; 或 者 是 利 用 对 海 水 盐 度 敏 感 的 材 料 制 成 光 纤 传 术 和 敷 设 多 条 光 纤 线 路 , 构 建 平 面 或 立 体 空 间 的 监 感 器 。 水 凝 胶 是 一 种 对 海 水 盐 度 敏 感 的 材 料 , 水 凝 测 系 统 , 在 浅 海 进 行 实 时 温 度 分 布 测 量 、 数 据 处 理 和 胶 在 离 子 环 境 中 具 有 溶 胀 特 性 。 海 水 盐 度 增 大 时 , 显 示 , 监 测 距 离 可 达 几 十 公 里 , 目 前 温 度 的 测 量 精 度 水 凝 胶 释 放 出 水 分 , 体 积 变 小 ; 盐 度 减 小 时 , 水 凝 胶 [ 4] 优 于 0.3 ! , 甚 至 优 于 0.1 ! , 并 且 向 海 洋 大 吸 收 水 分 , 体 积 变 大 。 用 水 凝 胶 封 装 FBG, 水 凝 胶 深 度 环 境 发 展 , 这 是 传 统 海 洋 传 感 器 所 不 能 实 现 的 。 随 海 水 盐 度 的 变 化 发 生 溶 胀 或 收 缩 , 从 而 在 FBG 上 我 国 国 家 海 洋 技 术 中 心 的 王 晶 等 人 设 计 了 一 种 施 加 相 应 的 作 用 力 , 使 FBG 中 心 反 射 波 长 漂 移 , 通 [ 5] 同 时 测 量 海 水 温 度 和 应 力 的 系 统 。 英 国 南 安 普 敦 过 测 量 FBG 中 心 反 射 波 长 的 漂 移 值 获 得 海 水 盐 度 。 海 洋 学 中 心 与 南 安 普 敦 大 学 光 电 研 究 中 心 、 传 感 器 赵 勇 等 人 提 出 位 置 敏 感 器 件 的 测 量 方 法 , 利 用 动 力 学 公 司 S e n s o r Dy n a m i c s Lt d 和 国 防 评 价 研 海 水 对 光 信 号 的 折 射 角 随 海 水 盐 度 的 变 化 呈 线 性 变 究 局 De f e n s e E v a l u a t i o n a n d R e s e a r c h Ag e n c y 合 化 的 原 理 , 通 过 测 量 海 水 对 入 射 光 线 折 射 角 的 变 化 作 研 制 出 一 种 热 敏 电 阻 链 光 纤 装 置 , 该 装 置 质 量 非 值 , 再 经 过 数 据 分 析 可 测 得 海 水 盐 度 。 这 种 方 法 避 常 轻 , 体 积 小 , 比 传 统 的 热 敏 电 阻 链 易 于 控 制 , 可 实 免 了 强 度 调 制 型 光 纤 传 感 器 测 量 时 易 受 光 源 光 功 率 [ 6] 现 海 水 温 度 分 布 和 深 度 压 力 的 测 量 。 英 国 波 动 、 温 度 变 化 的 影 响 , 以 及 海 水 对 光 的 吸 收 、 散 射 Y o r k 传 感 器 公 司 推 出 了 分 布 式 光 纤 温 度 传 感 器 技 的 影 响 。 D. A. P e r e ir a 等 人 提 出 了 裸 露 光 纤 光 栅 术 , 并 率 先 实 现 了 分 布 式 传 感 器 技 术 的 实 用 化 , 在 此 同 时 测 量 海 水 盐 度 和 温 度 的 方 法 , 其 传 感 头 由 两 个 基 础 上 , 又 积 极 开 拓 其 在 海 洋 环 境 监 测 中 的 应 用 , 并 FBG 组 成 , 其 中 FBG1 只 对 温 度 敏 感 ,FBG2 裸 露 , 且 取 得 很 大 进 展 。 HLi t a k a 等 人 的 报 告 指 出 , 日 对 温 度 和 海 水 盐 度 均 敏 感 。 该 方 法 结 构 简 单 、 体 积 本 研 制 的 光 纤 分 布 式 温 度 传 感 器 测 量 系 统 已 在 海 上 小 , 且 易 实 现 在 线 自 动 化 测 量 和 信 号 的 远 距 离 传 输 。 进 行 了 大 量 试 验 , 并 且 可 测 量 从 海 平 面 到 300m 水 3 海 水 p H 值 的 测 量 深 的 垂 直 温 度 分 布 ; 日 本 还 研 制 了 一 种 长 时 间 工 作 于 3 k m 深 海 的 光 纤 分 布 式 测 温 系 统 , 该 系 统 的 设 海 水 的 酸 碱 度 与 海 水 中 生 物 对 金 属 的 利 用 度 、 计 测 温 范 围 为 0~ 100 ! , 测 量 精 度 为 0.3 ! , 分 金 属 在 海 水 中 的 形 态 以 及 矿 物 质 的 溶 解 度 有 紧 密 的 辨 率 可 达 2.5 m , 并 且 在 日 本 的 湖 泊 和 近 海 水 域 进 关 系 , 即 p H 值 影 响 海 水 中 的 生 物 和 化 学 过 程 , 因 此 行 过 多 次 试 验 并 获 得 成 功 , 试 验 中 获 得 的 测 温 精 度 快 速 、 准 确 测 量 海 水 p H 值 是 非 常 重 要 的 。 为 0.3 ! , 与 设 计 精 度 一 致 , 现 场 试 验 证 明 该 系 统 传 统 的 海 水 p H 值 的 测 量 方 法 响 应 时 间 长 , 难 非 常 适 合 于 深 海 温 度 分 布 的 长 期 测 量 。 以 测 量 p H 值 的 微 小 变 化 , 并 且 不 具 备 在 恶 劣 环 境 [ 13] 下 实 际 应 用 的 条 件 。 1980 年 ,J. I. P e t e r s o n 等 [ 7 12] 2 海 水 盐 度 的 测 量 人 第 一 次 提 出 了 用 于 测 量 p H 值 的 光 纤 化 学 传 感 器 [ 14] 海 水 盐 度 也 是 海 洋 学 的 重 要 参 数 之 一 , 海 水 盐 后 , 引 起 了 人 们 对 该 类 传 感 器 的 重 视 , 并 研 发 出 度 的 变 化 将 直 接 影 响 海 洋 环 境 及 其 气 候 的 变 化 , 精 多 种 测 量 p H 值 的 光 纤 化 学 传 感 器 , 这 些 传 感 器 具 确 测 量 海 水 盐 度 对 研 究 海 洋 环 境 、 海 洋 水 文 气 象 、 海 有 响 应 时 间 快 、 动 态 范 围 宽 、 测 量 信 号 稳 定 等 优 点 。 洋 石 油 开 采 、 海 洋 渔 业 以 及 军 事 等 领 域 有 着 十 分 重 测 量 p H 值 的 光 纤 化 学 传 感 器 的 工 作 原 理 是 : 由 光 要 的 现 实 意 义 。 纤 的 射 线 理 论 可 知 , 光 信 号 入 射 到 光 纤 后 , 在 纤 芯 - 电 导 率 法 是 传 统 的 海 水 盐 度 测 量 方 法 。 盐 度 是 包 层 界 面 发 生 全 反 射 , 光 信 号 能 量 被 束 缚 在 纤 芯 中 ; 电 导 率 、 温 度 和 深 度 压 力 的 函 数 , 通 常 是 采 用 温 盐 在 纤 芯 - 包 层 界 面 上 发 生 光 线 掠 射 , 有 一 小 部 分 光 深 仪 测 量 在 盐 度 、 温 度 、 深 度 压 力 三 个 参 数 一 定 的 能 量 进 入 包 层 再 返 回 纤 芯 , 即 倏 逝 波 。 如 果 在 纤 芯 条 件 下 的 电 导 率 。 但 是 三 个 参 数 检 测 不 同 步 将 造 成 - 包 层 界 面 加 入 某 种 吸 光 物 质 , 则 一 部 分 光 能 量 被 测 量 误 差 , 而 且 电 极 易 受 海 水 污 染 和 电 磁 干 扰 而 影 吸 收 , 就 可 以 使 传 输 到 光 纤 输 出 端 的 光 能 量 降 低 。 + 响 测 量 精 度 。 另 外 , 海 水 盐 度 的 测 量 也 可 采 用 微 波 基 于 这 种 原 理 , 选 取 对 p H 值 敏 感 并 且 H 能 够 渗 遥 感 技 术 , 该 技 术 可 实 现 全 天 候 对 海 洋 表 面 的 盐 度 透 的 某 种 染 料 替 代 光 纤 的 原 有 包 层 , 或 者 在 光 纤 端 + 进 行 大 面 积 、 快 速 的 定 量 检 测 , 但 由 于 只 能 感 测 海 洋 面 涂 覆 一 层 p H 识 别 敏 感 膜 。 当 p H 值 变 化 时 ,H王 文 华 , 等 : 光 纤 传 感 器 在 海 洋 科 学 领 域 的 应 用 与 研 究 进 展 7渗 进 传 感 头 的 包 层 材 料 , 与 包 层 的 指 示 剂 分 子 相 互 于 激 发 态 中 的 荧 光 染 料 分 子 和 氧 分 子 之 间 碰 撞 产 生 作 用 , 从 而 影 响 染 料 指 示 剂 对 光 能 量 的 吸 收 , 导 致 纤 荧 光 猝 灭 , 传 感 器 光 纤 探 头 的 荧 光 强 度 的 减 小 程 度 + 芯 的 光 功 率 发 生 变 化 , 而 光 功 率 的 变 化 取 决 于 H 与 支 持 基 体 中 氧 的 浓 度 成 正 比 , 由 S t e r n V o l m e r 方 的 浓 度 , 通 过 测 量 光 功 率 的 变 化 , 可 以 获 得 p H 值 的 程 可 定 量 表 示 为 : 变 化 。 F 0/ F 1+ K S V [ O ] 1 厦 门 大 学 现 代 分 析 科 学 教 育 部 重 点 实 验 室 开 发 式 中 F 0 和 F 分 别 为 无 氧 和 有 氧 状 态 下 测 得 的 光 纤 了 一 种 可 以 对 液 体 和 气 体 样 品 进 行 在 线 监 测 的 光 纤 探 头 的 荧 光 强 度 ,K S V 为 S t e r n V o l m e r 猝 灭 常 数 , 化 学 / 生 物 传 感 系 统 , 并 成 功 应 用 于 在 线 监 测 p H [ O ] 为 溶 解 氧 浓 度 。 值 、 溶 解 氧 、 NH 3 、 N O 2 、 湿 度 和 水 质 毒 性 等 海 洋 环 境 2001 年 , 李 伟 等 人 提 出 了 可 测 量 海 水 溶 解 氧 浓 [ 15] 监 测 要 素 的 应 用 研 究 中 。 庄 峙 厦 等 人 采 用 s o l - 度 的 光 纤 化 学 传 感 器 , 其 氧 传 感 膜 对 溶 解 氧 的 响 应 g e l 溶 胶 - 凝 胶 技 术 制 备 了 基 于 染 料 吸 收 原 理 的 具 有 良 好 的 可 逆 性 、 稳 定 性 , 具 有 较 快 的 响 应 时 间 和 较 长 的 使 用 寿 命 , 已 被 成 功 应 用 于 在 线 监 测 溶 解 氧 较 高 质 量 p H 传 感 膜 , 通 过 有 机 掺 杂 , 改 变 指 示 剂 的 微 环 境 , 获 得 了 具 有 较 宽 p H 值 动 态 检 测 范 围 、 快 速 浓 度 、 p H 值 、 NH 3 、 NO 2 、 湿 度 和 水 质 毒 性 等 海 洋 环 响 应 时 间 的 光 纤 化 学 传 感 膜 ,p H 值 检 测 范 围 为 3~ 境 监 测 要 素 的 研 究 中 , 该 系 统 对 溶 解 氧 浓 度 的 检 测 11, 传 感 膜 在 接 触 溶 液 的 瞬 间 响 应 信 号 可 以 达 到 稳 结 果 与 国 标 法 由 W i n k l e r 滴 定 分 析 法 给 出 的 检 测 结 果 没 有 明 显 差 异 。 美 国 新 泽 西 州 R u t g e r s 大 学 海 态 值 的 90%,3 m i n 内 即 可 达 到 稳 态 值 , 经 过 对 不 同 p H 值 的 人 工 海 水 和 天 然 海 水 的 试 验 , 测 得 结 果 与 洋 与 海 岸 科 学 协 会 的 研 究 人 员 已 经 完 成 了 把 海 洋 光 [ 16] 国 标 法 测 得 的 结 果 没 有 明 显 差 异 。 罗 鸣 等 人 采 纤 氧 传 感 器 整 合 到 系 统 中 的 工 作 。 这 种 监 测 海 洋 和 用 s o l - g e l 法 把 p H 值 敏 感 指 示 剂 涂 覆 在 纤 芯 表 淡 水 生 态 系 统 中 的 溶 解 氧 的 设 备 不 耗 氧 、 响 应 时 间 快 、 稳 定 性 好 。 1997 年 , 在 新 泽 西 州 Mu l l i c a 河 的 大 面 , 制 成 了 具 有 较 宽 动 态 检 测 范 围 的 p H 值 传 感 器 , 其 p H 值 检 测 范 围 为 4.5~ 13, 且 在 此 范 围 内 输 出 湾 进 行 了 光 纤 氧 传 感 器 的 测 试 。 光 功 率 与 p H 值 近 似 呈 线 性 关 系 , 具 有 良 好 的 重 复 5 海 水 浮 游 植 物 叶 绿 素 a 的 测 量 [ 17] 性 和 可 逆 性 。 2007 年 ,KW ANG 等 人 提 出 一 种 长 周 期 光 纤 光 栅 LP G 化 学 传 感 器 , 其 传 感 头 是 浮 游 植 物 叶 绿 素 a 是 水 质 生 物 状 态 的 另 一 重 要 LP G, 用 p H 敏 感 型 水 凝 胶 代 替 LP G 的 包 层 进 行 封 参 数 。 通 常 用 海 水 中 藻 类 色 素 来 鉴 定 不 同 藻 类 和 估 装 。 由 LP G 的 耦 合 模 理 论 可 知 : 光 纤 光 栅 的 共 振 波 测 浮 游 植 物 群 落 的 组 成 , 用 叶 绿 素 的 浓 度 水 色 表 示 浮 游 植 物 的 含 量 。 叶 绿 素 a 存 在 于 所 有 光 氧 种 群 长 与 光 纤 纤 芯 基 模 和 m 阶 包 层 模 的 折 射 率 有 关 , 当 海 水 p H 值 变 化 时 , 水 凝 胶 发 生 溶 胀 现 象 , 其 折 射 率 中 , 是 负 责 光 合 作 用 的 主 要 色 素 , 其 浓 度 反 映 了 浮 游 也 随 之 改 变 , 使 光 纤 光 栅 共 振 波 长 漂 移 , 通 过 测 量 光 植 物 的 生 物 量 或 现 存 量 , 叶 绿 素 b 和 叶 绿 素 c 等 色 [ 18] 素 都 是 辅 助 色 素 , 接 受 光 照 后 将 能 量 传 递 给 叶 绿 素 纤 光 栅 共 振 波 长 漂 移 量 可 确 定 海 水 的 p H 值 。 a 进 行 光 合 作 用 。 因 此 , 海 水 浮 游 植 物 叶 绿 素 a 浓 4 海 水 溶 解 氧 浓 度 的 测 量 度 的 测 量 对 开 发 海 洋 资 源 、 开 展 海 洋 环 境 监 测 具 有 海 水 溶 解 氧 浓 度 是 水 质 生 物 状 态 的 重 要 参 数 , 重 要 意 义 。 测 量 浮 游 植 物 叶 绿 素 a 的 传 统 方 法 是 进 行 现 场 当 海 洋 中 浮 游 植 物 大 量 繁 殖 形 成 赤 潮 时 , 会 降 低 海 水 溶 解 氧 浓 度 , 海 水 中 的 鱼 虾 会 因 为 缺 氧 而 死 亡 , 因 采 样 和 实 验 室 化 学 分 析 分 光 光 度 法 或 者 荧 光 光 度 此 , 在 线 实 时 检 测 海 水 溶 解 氧 浓 度 对 海 洋 环 境 保 护 法 , 测 量 结 果 往 往 不 准 确 , 不 能 实 现 现 场 实 时 测 量 , 无 法 满 足 海 洋 污 染 情 况 的 日 益 复 杂 化 , 不 能 及 时 掌 与 海 洋 养 殖 业 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。 化 学 型 光 纤 氧 传 感 器 称 为 光 极 是 测 量 海 水 中 握 海 洋 环 境 并 采 取 相 应 措 施 。 而 光 纤 荧 光 传 感 器 能 溶 解 氧 浓 度 的 新 兴 技 术 , 与 传 统 的 电 流 电 极 海 水 溶 够 满 足 上 述 要 求 , 光 纤 荧 光 传 感 器 测 量 叶 绿 素 a 是 解 氧 浓 度 测 量 方 法 相 比 , 具 有 响 应 时 间 快 1 s 、 基 于 物 质 叶 绿 素 a 受 到 特 定 波 长 的 光 通 常 是 紫 外 光 或 者 是 可 见 光 照 射 后 , 会 在 极 短 的 时 间 内 发 出 信 号 稳 定 、 不 耗 氧 、 不 受 电 磁 干 扰 以 及 光 纤 传 感 器 的 其 他 各 种 优 点 。 光 极 克 服 了 W i n k l e r 滴 定 分 析 法 和 荧 光 , 荧 光 波 长 大 于 照 射 光 波 的 波 长 , 荧 光 强 度 与 照 C l a r k 电 化 学 探 头 的 不 足 , 成 为 海 水 溶 解 氧 浓 度 测 射 光 波 的 光 强 和 物 质 的 浓 度 有 关 , 当 照 射 光 波 的 光 [ 19 21] 定 方 法 的 研 究 热 点 。 O c e a n O p t i c s 公 司 已 经 有 强 稳 定 时 , 则 荧 光 强 度 仅 与 物 质 的 浓 度 有 关 , 因 此 , [ 22] 通 过 检 测 荧 光 强 度 就 可 以 确 定 叶 绿 素 a 的 浓 度 。 商 品 化 的 光 纤 氧 传 感 器 探 头 。 光 极 的 工 作 原 理 是 基 光 纤 与 电 缆 及 其 应 用 技 术 2010 年 第 5 期8[ 9] Z H AO Y o n gZ H ANG Bo , LIAO Y a n b ia o , e t a 1. 金 海 龙 等 人 提 出 了 一 种 光 纤 荧 光 传 感 测 量 系 E x p e r im e n t a l i n v e s t ig a t i o n o f s a l in it y m e a s u r e m e n t 统 , 该 系 统 将 荧 光 法 、 光 纤 技 术 、 小 波 分 析 理 论 相 结 b a s e d o n o p t ic a l e le c t r i c a l d u a l d if f e r e n t ia l m e t h o d s 合 , 通 过 对 激 光 诱 导 荧 光 全 光 谱 的 测 量 , 实 现 对 叶 绿 [ C ] // P r o c e e d in g s o f S P IE2002, 4920: 496 500. 素 a 浓 度 的 测 量 , 对 海 水 水 质 进 行 监 测 ; 另 外 , 该 系 [ 10] Z H AO Y o n g , LIAO Y a n b i a o , Z H AN G Bo , e t a l. 统 也 可 以 对 海 水 中 溶 解 的 有 机 物 进 行 检 测 , 还 可 以 M o n i t o r in g t e c h n o l o g y o f s a l in it y in w a t e r w it h 对 海 水 中 浮 油 、 黄 色 物 质 等 荧 光 污 染 物 的 浓 度 进 行 o p t i c a l f ib e r s e n s o r [ J]Lig h t w a v e T e c h n o l , 2003, [ 23] 测 量 。 EJ. D s a 用 光 纤 荧 光 传 感 器 测 量 了 不 215: 1334 1338[ 24] 同 深 度 的 叶 绿 素 a 浓 度 。 [ 11] 赵 勇 , 廖 延 彪海 水 盐 度 光 纤 遥 测 技 术 研 究 ## # 测 量 原 理 [ J]光 学 技 术 , 2002, 28 5: 429 431. 6 结 束 语 [ 12] C O N G Ju n , Z H AN G X ia n m in , C H E N K a n g s h e n g , e t a l. Fib e r o p t ic Br a g g g r a t i n g s e n s o r b a s e d o n 光 纤 传 感 器 以 其 独 特 的 优 势 在 海 洋 科 学 领 域 , h y d r o g e l s f o r m e a s u r in g s a l in it y [ J]S e n s o r s a n d 尤 其 是 海 洋 环 境 监 测 领 域 , 得 到 了 高 度 重 视 和 日 益 [ 25] Ac t u a t o r s B: C h e m ic a l, 2002, 873: 487 490. 广 泛 的 应 用 , 随 着 光 纤 传 感 技 术 的 发 展 以 及 在 海 [ 13] 许 昆 明 , 鲁 中 明 , 陈 进 顺C O 和 p H 光 纤 化 学 传 感 2 洋 技 术 领 域 的 应 用 , 光 纤 传 感 器 还 可 以 对 海 水 中 的 器 研 究 进 展 [ J]分 析 科 学 学 报 , 2005, 211:93 97. [ 26 28] [ 29] BO D 生 化 耗 氧 量 、 氨 的 浓 度 、 溶 解 有 机 物 [ 14] P E T E R S O N JI, GO LDS T E IN S R , FIT Z GE R ALD 以 及 浮 油 等 进 行 检 测 , 也 可 以 实 现 对 海 洋 平 台 的 监 R VFib e r o p t ic p H p r o b e f o r p h y s io lo g ic a l u s e [ J][ 30 32] [ 33] 控 、 海 洋 环 境 下 钢 结 构 受 海 水 腐 蚀 的 监 控 。 An a l C h e m , 1980, 52: 8 64 869. 相 对 于 其 他 领 域 , 光 纤 传 感 技 术 在 海 洋 科 学 领 [ 15] 李 伟 , 陈 曦 , 庄 峙 厦 , 等基 于 荧 光 猝 灭 原 理 的 光 纤 域 的 渗 透 比 较 少 一 些 , 但 是 随 着 光 纤 传 感 技 术 和 海 化 学 传 感 器 在 线 监 测 水 中 溶 解 氧 [ J]北 京 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2001, 372:226 230. 洋 事 业 的 发 展 , 光 纤 传 感 器 在 海 洋 科 学 领 域 一 定 大 [ 16] 庄 峙 厦 , 李 伟 , 陈 曦 , 等光 纤 化 学 / 生 物 传 感 技 术 在 有 作 为 。 加 强 光 纤 传 感 器 在 海 洋 科 学 领 域 的 应 用 研 海 洋 环 境 监 测 中 的 应 用 [ J]海 洋 技 术 , 2002, 21 究 , 对 我 国 建 立 海 洋 环 境 的 实 时 自 动 监 测 、 开 发 利 用 1: 27 33. 海 洋 资 源 、 发 展 海 洋 养 殖 业 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。 [ 17] 罗 鸣 , 董 飒 英 , 程 文 华 , 等p H 值 与 湿 度 的 光 纤 传 感 器 研 究 [ J]分 析 科 学 学 报 , 2007, 231: 25 29. [ 参 考 文 献 ] [ 18] W AN G K e , K LIM O V D, K O LBE R ZLo n g p e r io d [ 1] 王 大 珩全 国 新 型 激 光 器 及 其 应 用 暨 激 光 产 业 发 展 g r a t i n g b a s e d f ib e r o p t ic p H s e n s o r f o r o c e a n 高 峰 论 坛 开 幕 式 上 的 重 要 讲 话 ## # 激 光 与 光 电 子 技 m o n it o r i n g [ C ] // P r o c e e d in g s o f S P IE2007,6770: 术 前 途 无 量 [ E B/O L][ 2004 06 03] .h t t p ://w w w19. b a s t .n e t .c n /k j h d /x s jl /x s b g /2004/6/3/20737.s h t m l[ 19] 吕 太 平 , 陈 世 光 , 乔 小 容光 纤 氧 传 感 器 的 研 制 及 对 [ 2 ] 国 家 海 洋 信 息 中 心漫 长 的 中 国 海 岸 [ E B/O L]溶 解 氧 的 测 定 [ J]分 析 化 学 , 2001, 292: 56 63. [ 2009 09 09]h t t p ://w w wc o i. g o vc n /h y z y / [ 20] W AT K IN S N A, W E N N E R B R , JO R D AN JD. m c d z g h aP o r t a b l e l o w c o s t s o lid s t a t e lu m in e s c e n c e b a s e d O 2 [ 3] BU C AR O JA, DAR DY H D, C AR O M E E F. Fib e r s e n s o r [ J] .Ap p li e d S p e c t r o s c o p y , 1998 ,525: 750. o p t ic h y d r o p h o n e [ J]JAc o u s t S o c Am , 1977, 62 [ 21] C H U Fe n g h o n g , C AI H a i w e n , Q U R o n g h u i, e t 5: 1302 1304. a lDis s o lv e d o x y g e n s e n s o r b y u s in g R u f lu o r e s c e n c e [ 4 ] 霍 树 梅光 纤 温 度 传 感 器 在 海 水 温 度 测 量 中 的 应 用 in d ic a t o r a n d a U s h a p e d p la s t ic o p t i c a l f ib e r [ J][ J]海 洋 技 术 ,2000z 1:182 18 4. C h in e s e O p t i c s Le t t e r s , 2008 , 66: 401 404. [ 5 ] 王 晶 , 王 项 南用 于 测 量 海 水 温 度 和 压 力 光 纤 传 感 器 [ 22] BR E C H E T E , M C S T AY D, W AK E FIE LD R D, e t [ J]海 洋 技 术 ,2006,252:21 22. a lA n o v e l b l u e LE D b a s e d s c a n n i n g h a n d h e ld [ 6 ] 张 淑 芝英 国 南 安 普 敦 海 洋 学 中 心 最 新 研 制 的 传 感 器 f l u o r o m e t e r f o r d e t e c t io n o f t e r r e s t r ia l a lg a e o n s o l id [ J]海 洋 技 术 , 2000z 1: 239 240. s u r f a c e [ C ] // P r o c e e d in g s o f S P IE1998, 3414: [ 7 ] 李 青 侠 , 张 靖 , 郭 伟 , 等微 波 辐 射 计 遥 感 海 水 盐 度 18 4 190. 的 研 究 进 展 [ J]海 洋 技 术 ,2007,263:58 63. [ 23] 金 海 龙 , 汪 翔 , 王 玉 田便 携 式 全 光 纤 海 藻 叶 绿 素 a [ 8 ] P E R E IR A D A, FR AZ AO O , S ANT O S JL. Fib e r 浓 度 测 量 仪 的 研 究 [ J]自 动 化 与 仪 表 , 2004, 94 Br a g g g r a t in g s e n s in g s y s t e m f o r s i m u l t a n e o u s 1: 23 25. m e a s u r e m e n t o f s a l in it y a n d t e m p e r a t u r e [ J]O p t ic a l 下 转 第 39 页 E n g in e e r in g , 2004, 432: 299 304.