一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器的製造方法
2023-05-20 04:56:26
一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，該傳感器由單模光纖組製造而成，利用具有超高靈敏特性的側面打磨光纖為發明的核心部件，溶液變色性色素作為本傳感器的氣體反應薄膜，側面打磨光纖產生的消散場與該反應薄膜相結合可應用於揮發性有機化合物的測量，同時利用側面打磨光纖組與多種溶液變色性色素相結合，對應不同的揮發性有機化合物的具有不同反應的特點，經過神經網絡計算，可以測出混合揮發性有機化合物的種類以及其濃度。本發明具有超高靈敏度、反應速度快的特點，可實現實時監控的優點。此器件可應用與小型環境檢測器件等領域。
【專利說明】一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳
感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及揮發性有機化合物檢測的【技術領域】，具體涉及一種基於側面打磨光纖 組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，可以通過環境檢測。
【背景技術】
[0002]揮發性有機化合物是一種常見的有害物質，可以引起癌變、神經性疾病以及直接 致命等。國際上有很多種定義，主要是指在常溫下具有揮發特性的有機化合物，比如甲醛、 甲醇、丙酮、苯等，多放出於工廠、塗料、垃圾堆等。隨著社會的進步，對於揮發性有機化合物 的測量與監控技術也日趨迫切。
[0003]目前揮發性有機化合物的測量主要有兩種:基於揮發性有機化合物與物質反應所 帶來色變的光學測量與反應後帶來反應薄膜電阻變化的微電子測量。其中微電子測量則主 要是基於MEMS技術，通過揮發性有機化合物與反應薄膜的化學反應而進行測量。該方法的 優點是體積小、高量產化、低成本，但是與光學測量相比最大的缺點是測量靈敏度問題與反 應速度問題。另一方面，光學測量主要是利用揮發性有機化合物帶有極性這一特點，通過溶 液變色性色素(比如Reichardt』 s色素)對其極性有對應的顏色變化從而測量得出結果。混 合揮發性有機化合物的數據化測量是當前技術的難點，普通只能測單種揮發性有機化合物 或者是利用鏡片組與CCD攝像相結合，數據處理複雜，並且系統繁瑣。
[0004]側面打磨光纖器件7的結構如圖2所示，由揮發性有機化合物反應薄膜6、單模光 纖包層10、單模光纖芯11與基底12組成。該器件具有超高靈敏傳感的特點。本發明中將 該器件與溶液變色性色素相結合以保證本發明的高傳感能力。
[0005]另一方面，本發明使用主元素分析法對側面打磨光纖組測得的數據進行分析，從 而使混合氣的的濃度得以測量。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是:提供一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有 機化合物傳感器，結合了光纖與溶液變色性色素的高靈敏度與快速反應的特點，可以實現 實時監控。
[0007]本發明解決上述問題採用的技術方案為:一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮 發性有機化合物傳感器，其特徵在於:由光源、分光器、外部連接光纖、光纖連接器、內部光 纖、多種揮發性有機化合物反應薄膜、側面打磨光纖器件、器件固定底託、光感應器組成。光 源與分光器、分光器與光纖連接器、光纖連接器與光電探測器之間均由外部連接光纖連接， 光纖連接器與側面打磨光纖器件之間由內部連接光纖連接。揮發性有機化合物反應薄膜附 在側面打磨光纖器件上面並與外界相接觸。所述的揮發性有機化合物反應薄膜是由不同的 溶液變色性色素與高分子物質混合製成。其製作過程是通過旋轉甩膜的方式製作在在器件 的表面。[0008]進一步的，所述的基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，所述的側面打磨光纖器件所用光纖為單模光纖。
[0009]進一步的，所述的基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，該傳感器使用主元素分析法對側面打磨光纖組測得的數據進行分析，從而使混合氣的的濃度
得以測量。
[0010]本發明技術方案的原理是:一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，根據圖1所示，多種揮發性有機化合物反應薄膜6是由多種溶液變色性色素與高分子物質相結合通過甩膜工藝而形成。高分子物質是用來將溶液變色性色素固定在側面打磨光纖的表面上。溶液變色性色素分子與外界相接觸，當色素分子與揮發性有機化合物接觸時，揮發性有機化合物氣體的極性與其種類和濃度有關，根據該極性的不同，多種揮發性有機化合物反應薄膜6的折射率會根據溶液變色性色素分子內部電子的轉移而發生改變。
[0011]另一方面，根據圖2所示，側面打磨光纖的一部分單模光纖包層10被打磨掉並與多種揮發性有機化合物反應薄膜6相結合，入射白色光從單模光纖芯11的一端射入，從單模光纖芯11的另一端輸出。在經過被打磨部分的下方時會根據多種揮發性有機化合物反應薄膜6、單模光纖包層10與單模光纖芯11的折射率的不同產生消散場。在某些波長範圍內的光與該消散場產生共振並從被打磨部分漏出，在輸出端所測量的結果表現為該波長範圍內的光的能量會大幅度降低。該共振波長與器件的關係為:
【權利要求】
1.一種基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器，其特徵在於:由光 源(I)、分光器(2)、外部連接光纖(3)、光纖連接器(4)、內部光纖(5)、多種揮發性有機化合 物反應薄膜(6)、側面打磨光纖器件(7)、器件固定底託(8)、光電探測器(9)組成，光源(I) 與分光器(2)、分光器(2)與光纖連接器(4)、光纖連接器(4)與光電探測器(9)之間均由外 部連接光纖(3 )連接，光纖連接器(4 )與側面打磨光纖器件(7 )之間由內部連接光纖(5 )連 接，揮發性有機化合物反應薄膜(6)附在側面打磨光纖器件(7)上面並與外界相接觸；所述 的揮發性有機化合物反應薄膜(6)是由不同的溶液變色性色素與高分子物質混合製成，其 製作過程是通過旋轉甩膜的方式製作在在器件的表面，乾燥後形成。
2.根據權利要求1所述的基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器， 其特徵在於:所述的側面打磨光纖器件(7)所用光纖為單模光纖。
3.根據權利要求1所述的基於側面打磨光纖組的超高靈敏揮發性有機化合物傳感器， 其特徵在於:該傳感器使用主元素分析法對側面打磨光纖組測得的數據進行分析，從而使 混合氣的的濃度得以測量。
【文檔編號】G01N21/25GK103558162SQ201310566542
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】袁珩, 房建成, 張晨, 張寧 申請人:北京航空航天大學