濾光式氨氣敏光纖傳感器的製作方法

2023-05-20 04:48:16 1

專利名稱：濾光式氨氣敏光纖傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量氣體中氨氣濃度的光纖傳感器。
利用光纖傳感技術測量氨氣濃度是八十年代才發展起來的新技術之一。目前已有的測量氨氣濃度的光纖傳感器(探頭)，一般是以高分子色素膜作敏感物質，例如將溴百裡酚藍或高耐爾藍等與高分子物質混合成色素膜膠，塗在玻璃、光纖或其它透明載體上，當氨氣接觸到該色素膜時，色素膜會變色，變色後的色素膜對光的透過率或反射率會發生變化，氨氣濃度不同，變化也不同，所以，通過測量變化的光強，便可確定所測的氨氣濃度。但是，這些高分子色素膜受光照射時會很快光解褪色，耐用性很差。另外，這些高分子色素膜不僅對氨氣敏感，而且對多種帶有鹼性的氣體敏感。因而已有的這種光纖傳感器的選擇性很差，僅適用於只有氨氣存在的特定場合。
本發明的目的是提供一種選擇性和耐用性好的測量氨氣濃度的光纖傳感器，以克服已有技術存在的缺點。
本發明的光纖傳感器是根據本發明人所發現的「二氧化錫薄膜的吸收邊3120
僅對氨氣有氣敏光學作用，而對其它還原性氣體無氣敏作用」這一物理特性設計而成的。
本發明的光纖傳感器的基本構造與一般的氣敏式光纖傳感器相似，包括護套(外殼)、入射光纖、入射透鏡、敏感膜(敏感物質)、出射透鏡和出射光纖。本發明的特徵是以二氧化錫薄膜作為敏感膜，並且設有透過3120
紫外光的濾光片(以下簡稱濾光片)。濾光片可以是一片，設在二氧化錫薄膜與入射透鏡之間;也可以是兩片，分別設於二氧化錫薄膜與入射透鏡和出射透鏡之間，這樣可進一步提高傳感器對氨氣的選擇性。二氧化錫薄膜可以是一片，也可以是兩片或兩片以上，片數增加，可提高靈敏度，但片數太多，透光率下降太大，一般為1～4片。
所用的二氧化錫薄膜通常是採用高溫噴塗法鍍在石英基片上，可以只鍍一面，也可以兩面都鍍。在石英基片上鍍二氧化鍍薄膜的具體方法是1.先將石英基片用酸、鹼洗液清洗乾淨，再用蒸餾水衝洗，然後用無水乙醇擦乾備用。2.把已洗擦乾淨的基片放入高溫爐中，高溫爐兩端需敞開，一端讓鍍液噴入，另一端讓廢氣排出;把爐溫升至450～500℃之間，然後開動噴槍，把鍍液噴向石英基片要鍍的一面，鍍液在基片表面遇高溫起化學反應，形成一層二氧化錫薄膜附著在基片上;當所形成的二氧化錫薄膜達到所要求的厚度(以20μ左右為佳)便停止噴鍍，讓爐溫冷卻至室溫，即可取出。鍍液的配方為無水乙醇∶四氯化錫∶甲醛＝10∶10∶2.5(重量比)。
本發明的光纖傳感器以二氧化錫薄膜作敏感物質，採用濾光式，以紫外光或含有紫外光的光線作光源，入射光經濾光片濾光後，只讓3120
的紫外光照射二氧化錫薄膜。由於當被測氣體中含有氨氣時，氨氣分子沾附到傳感器的二氧化錫薄膜表面，使它對3120
紫外光的透光率增加，氨氣濃度愈大(即沾附到二氧化錫薄膜上的氨氣分子愈多)，透光率愈大。所以，通過測定透過二氧化錫薄膜的3120
紫外光的光強大小，便可確定所測氣體中的氨氣濃度。本發明使用時的測量裝置系統與其它光纖傳感器相同。
本發明的光纖傳感器以二氧化錫薄膜作敏感物質，性能穩定，耐用性好，不怕酸鹼、汽油及水泡。同時，由於利用「吸收邊原理」，選擇性好，只對氨氣敏感，而對其它還原性氣體(如甲醇、乙醇、丙酮等)不敏感。本發明的光纖傳感器可用於檢測空氣及其它氣體環境中的氨氣濃度。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。


圖1至圖5分別是本發明的實施例一至五的結構示意圖。圖6是二氧化錫薄膜對3120
紫外光的透光率與被測氣體中氨氣濃度的關係曲線，說明透光率與氨氣濃度成正比。
實施例一參照圖1，濾光片3和二氧化錫薄膜4均為一片，濾光片位於二氧化錫薄膜與入射透鏡2之間。入射透鏡2、濾光片3、二氧化錫薄膜4和出射透鏡5同軸排列，並固定於護套7中。入射光纖1和出射光纖6分別穿過端蓋9中央進入護套7中，並利用端蓋9固定在護套上。兩個端蓋9封住護套兩端，防止環境光線進入，並使入射光纖和出射光纖與其它元件(透鏡、濾光片、二氧化錫薄膜)處於同軸位置。護套7為雙層壁結構，內外壁之間由隔環8隔開一段距離並固定起來;內外壁上均有許多小孔，以便被測氣體進入傳感器內，內壁與外壁上的小孔互相錯開，並且內外壁的表面均發黑(外壁外表面可不發黑)，這樣可儘量減少環境光線進入傳感器內;護套的內徑可為15～20mm，長度可為50～100mm。
實施例二參照圖2，濾光片3為二片，分別位於二氧化錫薄膜4與入射透鏡2和出射透鏡5之間，其它結構與實施例一相同。
實施例三參照圖3，二氧化錫薄膜4為二片，其它與實施例二相同。
實施例四參照圖4，二氧化錫薄膜4為二片，其它與實施例一相同。
實施例五參照圖5(圖中箭頭表示光的方向)，濾光片3和二氧化錫薄膜4均為二片，採用兩個折射稜鏡10，兩片二氧化錫薄膜分別粘貼在兩個稜鏡的矩形垂直面11上，兩片濾光片分別粘貼在與該面垂直的另一矩形面12上。兩稜鏡貼有二氧化錫薄膜的一面相向，中間隔開一段距離，以便氣體進入，貼有濾光片的一面分別對向入射透鏡2和出射透鏡5，入射光徑兩個稜鏡折射後，使出射光與入射光平行並方向相反，這樣，入射光纖1和出射光纖6便處於傳感器的同一側，使傳感器整體結構更為合理，使用更為方便。兩個折射稜鏡10一般為石英材料做成，二氧化錫薄膜4可先鍍在石英基片上(即與其它實施例一樣)，再粘貼到稜鏡上也可直接鍍在稜鏡上。
權利要求
1.一種濾光式氨氣敏光纖傳感器，包括護套7、入射光纖1、出射光纖6、入射透鏡2、出射透鏡5和敏感膜，其特徵是敏感膜為二氧化錫薄膜4，並且設有透過3120
紫外光的濾光片3。
2.一種如權利要求1所述的光纖傳感器，其特徵是二氧化錫薄膜4為1～4片。
3.一種如權利要求1或2所述的光纖傳感器，其特徵是濾光片3為一片，位於二氧化錫薄膜4與入射透鏡2之間。
4.一種如權利要求1或2所述的光纖傳感器，其特徵是濾光片3為二片，分別位於二氧化錫薄膜4與入射透鏡2和出射透鏡5之間。
5.一種如權利要求4所述的光纖傳感器，其特徵是二氧化錫薄膜4為二片，分別粘貼在兩個折射稜鏡10的矩形垂直面11上，兩稜鏡上有二氧化錫薄膜的一面相向，與該面垂直的另一矩形面12粘貼有濾光片3，並分別對向入射透鏡2和出射透鏡5，入射光纖1和出射光纖6位於光纖傳感器的同一側。
全文摘要
本發明涉及一種測量氣體中氨氣濃度的光纖傳感器，該傳感器以二氧化錫薄膜作為敏感物質，並採用濾光式結構，設有透過3120紫外光的濾光片。本發明的光纖傳感器性能穩定，耐用性和選擇性好，適用於檢測空氣及其它氣體環境中的氨氣濃度。
文檔編號G01N21/17GK1057904SQ9110459
公開日1992年1月15日 申請日期1991年7月5日 優先權日1991年7月5日
發明者郭斯淦, 鄭順鏇 申請人:中山大學