一種基於光纖端面f-p幹涉的揮發性有機物光纖傳感器的製造方法
2023-06-01 00:46:26
一種基於光纖端面f-p幹涉的揮發性有機物光纖傳感器的製造方法
【專利摘要】本實用新型明公開一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有機物光纖傳感器，在單模光纖末端連接一段空芯光纖，空芯光纖的末端用某種聚合物材料封閉，在聚合物材料和單模光纖端面之間形成F-P幹涉腔，由此構成揮發性有機物傳感頭；光束由單模光纖進入空芯光纖當中的F-P幹涉腔，當光纖探頭接觸揮發性有機物時，聚合物材料的厚度將發生變化，從而改變幹涉腔的長度；幹涉光的頻譜受到幹涉腔長度的調製，通過光譜儀對幹涉光進行分析便能實現對揮發性有機物的測量。本實用新型包括寬帶光源、3dB耦合器、傳感光纖、傳感探頭和光譜儀。該傳感器結構簡單，體積小巧，信噪比高，可在生產過程、災害監測等系統中實現對揮發性氣體的實時連續監測。
【專利說明】一種基於先纖糹而面F-P幹涉的掉發性有機物光纖傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於光纖傳感領域，具體涉及一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有 機物光纖傳感器。該傳感器結構簡單，體積小巧，信噪比高，可在生產過程、災害監測等系統 中實現對揮發性有機物的實時連續監測。
【背景技術】
[0002] 揮發性有機物（volatile organic compounds，VOCs)是最常見的一類空氣汙染 物，通常是指沸點在50?250?，在常溫常壓下可以形成蒸汽的有機物，主要包括苯系物、 有機氯化物、氟利昂系列、有機酮類、醇類、胺、醚以及脂類等。VOCs具有毒性、刺激性以及致 癌性，會嚴重破壞環境和人體健康。因此發展靈敏、快速、準確測定空氣中VOCs含量的方法 是非常必要的。
[0003] 在現有的檢測方法中，由於光纖的獨特優點，例如體積小，損耗低，適於遠程檢測 等，基於光纖的揮發性有機物檢測越來越受到人們的重視。基於光纖的揮發性有機物檢測 方法種類很多，最常見的是基於光譜分析的方法，對待測氣體的特徵吸收譜線進行檢測分 析得到待測氣體濃度。這種檢測方法靈敏度高，響應快，但是常需要特殊的光源來匹配不同 種類待測氣體的吸收譜範圍，因此成本高，限制了其應用範圍。基於光纖光柵的揮發性有機 物檢測也有所報導，待測氣體作用於光纖光柵外部，通過影響光纖光柵的纖芯、包層有效折 射率引起諧振波長的漂移。但是光柵的刻寫會對光纖造成損害，難以長期使用。
[0004] 針對上述問題，我們提出了一種基於光纖端面F-P千涉的揮發性有機物光纖傳感 器。這種傳感器結構緊湊，可長期重複測量，便於微量監測，靈敏度高，同時具有光纖抗溫度 幹擾的特性，可以很好的實現不同種類揮發性有機物的檢測。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是提供了一種更為靈活簡單、精確度高、可靠性好的基於光纖 端面F-P千涉的氣體壓強光纖傳感器。
[0006] 本實用新型的技術解決方案如下：
[0007] 一種基於光纖端面F-P千涉的揮發性有機物光纖傳感器，包括寬帶光源（1)、3dB 耦合器（2)、傳輸光纖（3)、傳感探頭（4)和光譜儀（5);上述的3dB耦合器包含四個埠， 寬帶光源（1)與光譜儀（5)輸入分別與3dB耦合器一側的兩個埠相連，傳輸光纖（3)的 一端與 3dB耦合器的另一側一個埠相連，傳輸光纖（3)的另一端與傳感探頭（4)相連； [0008] 上述傳感探頭（4)，其特徵是由一段空芯光纖與單模光纖相熔接構成F-P千涉腔， 空芯光纖長度在1-3cm之間，空芯光纖的外端面由聚合物材料封閉；所述的聚合物材料具 有吸收揮發物後體積膨脹的效果。
[0009] 本實用新型的有益效果在於：
[0010] 一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有機物光纖傳感器，在單模傳感光纖光纜一 端連接一個光纖揮發性有機物傳感探頭，另一端經由3dB耦合器分別與寬帶光源和光譜儀 相連。
[0011]覽W光源發出光束後，通過3dB稱合器親合進入傳感光纖，光束通過傳感光纖進 入傳感探頭。光束由單模光纖進入空芯光纖當中的F-P幹涉腔，幹涉腔的兩個反射面由聚 合物材料和單模光纖端面構成。在幹涉腔中形成的幹涉光經由單模光纖傳回，通過3dB耦 合器耦合入光譜儀。
[0012] 當揮發性有機物與所述聚合物材料接觸時，聚合物材料將發生膨脹，由此改變了 F-P幹涉腔的腔長。由於幹涉光的頻譜受到幹涉腔長度的調製,通過光譜儀對幹涉光進行分 析便能實現對揮發性有機物的測量。
[0013] 通過光譜儀對幹涉光波進行分析，即可得到揮發性有機物含量的變化。該發明靈 活簡單、精確度高、可靠性好，適用於多種需要進行揮發性有機物的實時監控和測量的場 合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有機物光纖傳感器的結構示意圖。 [0015]圖2是一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有機物光纖傳感器傳感探頭的結構示 意圖。
[0016] 圖中：單模光纖1空芯光纖2聚合物材料3
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步描述：
[0018] 如圖1示，一種基於光纖端面F-P千涉的揮發性有機物光纖傳感器，包括寬帶光源 (l)、3dB耦合器（2)、傳輸光纖（3)、傳感探頭（4)和光譜儀（5);上述的3dB耦合器包含四 個埠，寬帶光源（1)與光譜儀（5)輸入分別與3dB耦合器一側的兩個埠相連，傳輸光纖 (3)的一端與3dB耦合器的另一側一個埠相連，傳輸光纖（3)的另一端與傳感探頭（4)相 連。
[0019] 如圖2所示，上述傳感探頭（4)，其特徵是由一段空芯光纖與單模光纖相熔接構成 F-P幹涉腔，空芯光纖長度在l_3cm之間，空芯光纖的外端面由聚合物材料封閉；所述的聚 合物材料具有吸收揮發物後體積膨脹的效果。
[0020] 本實用新型基於以下原理：
[0021] 寬帶光源發出能量為I。的光束，3dB耦合器耦合進入傳感光纖，再由傳感光纖傳導 入有空心光纖構成的F-P幹涉腔中。幹涉光束經由單模光纖通過3dB耦合器進入光譜儀。 光譜儀接受到的幹涉光可表示為：
【權利要求】
1. 一種基於光纖端面F-P幹涉的揮發性有機物光纖傳感器，包括寬帶光源（l)、3dB耦 合器（2)、傳輸光纖（3)、傳感探頭（4)和光譜儀（5);上述的3dB耦合器包含四個埠，寬 帶光源（1)與光譜儀（5)輸入分別與3dB稱合器一側的兩個埠相連，傳輸光纖（3)的一 端與3dB耦合器的另一側一個埠相連，傳輸光纖（3)的另一端與傳感探頭（4)相連； 上述傳感探頭（4)，其特徵是由一段空芯光纖與單模光纖相熔接構成F-P幹涉腔，空芯 光纖長度在l-3cm之間，空芯光纖的外端面由聚合物材料封閉；所述的聚合物材料具有吸 收揮發物後體積膨脹的效果。
【文檔編號】G01N21/45GK204086135SQ201420332842
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】寧向平, 袁劍英, 李玥, 梁子馨, 趙春柳 申請人:中國計量學院