高靈敏汽油氣敏光纖傳感器的製作方法

2023-04-24 17:33:01

專利名稱：高靈敏汽油氣敏光纖傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量微量可燃氣體的傳感裝置，特別是測量微量汽油氣的傳感裝置。
世界上現有的利用光纖傳感技術測量汽油氣的濃度是採用吸收光譜式，是測量其主要成份甲烷、丁烷的吸收光譜，其探頭體積龐大達半公尺長，而且靈敏度低，日本的為400ppm，上海交通大學的為7000ppm，成都電訊工程學院的為400ppm，詳見《紅外技術》1991.No.3P16及《半導體光電》1990.No.2P376。
本實用新型的目的是提供一種靈敏度高、體積小的光纖傳感器，以適合微量汽油氣濃度的測量。
本實用新型的光纖傳感器由入射光纖、敏感膜、透鏡、出射光纖和護套構成，透鏡為自聚焦透鏡、敏感膜既可粘附在光纖束端面也可粘附在透鏡上，護套上有透氣孔。
入射光纖和出射光纖為石英光纖束，直徑為2～4毫米。
自聚焦透鏡為園柱形，其直徑與光纖束的直徑相一致，長度視其透鏡材料的折射率而定，一般為幾毫米。
敏感膜為SnO2∶ZnO∶Ti膜，由組成為(重量比)四氯化錫 10氯化鋅10氯化鈦0.2的鍍液經高溫噴塗在玻片一面而成，膜厚為20μm左右，可以粘附在光纖束的端面，也可以粘附在透鏡上，因此，本傳感器的敏感膜可以是1～4片。傳感器護套有內護套和外護套、內護套內徑與光纖束及透鏡的外徑一致，以便固定光纖束及透鏡，並使它們保持在同一軸線上；內護套的內、外壁和外護套的內壁均發黑，以避免雜散光反射。
本實用新型的傳感器，由於採用自聚焦透鏡作元件，透鏡直徑可小至2毫米，因而傳感器體積可大大縮小；敏感膜以SnO2及ZnO為基質，摻入少量的Ti，對汽油氣靈敏度極高，達200ppm，另外，敏感膜以玻片為載體，既可以粘附在光纖束端面，也可以粘附在透鏡的兩面，因而傳感器內最多可同時容納四片敏感膜，使傳感器體積不增大的情況下進一步提高靈敏度。由於本傳感器具有靈敏度高，體積小的特點，便於攜帶外出作業，因而適用各種場合的微量汽油氣的濃度測量。
以下結合具體實施例及其附圖對本實用新型作進一步的說明

圖1為傳感器結構的縱向剖面圖；圖2為傳感器的測量裝置圖；圖3為汽油氣濃度與光電流強度關係曲線圖。
本實施例的傳感器結構如圖1，由入射光纖(1)、出射光纖(4)、兩片敏感膜(2)、自聚焦透鏡(3)和內護套(5A)及外護套(5B)構成，入射光纖及出射光纖均為石英光纖束，其中入射光纖束直徑為2mm，出射光纖束直徑為2mm，敏感膜為SnO2∶ZnO∶Ti膜，膜厚20μm，粘附在入射光纖及出射光纖的端面；自聚焦透鏡直徑2mm，長度4mm，護套由鋁製成，內護套的內、外壁及外護套的內壁均發黑，內護套內徑2mm，套住敏感膜周圍的套壁有透氣孔(6)，外護套的套壁有均勻分布的透氣孔(6)。
傳感器用於微量汽油氣測量時，裝置如圖2所示，包括電源(7)、光源(8)、聚焦透鏡(9)、傳感器(10)、檢測器(11)和光電流計(12)。
汽油氣的濃度與光電流強度的關係曲線如圖3，橫坐標為汽油氣濃度(ppm)，縱坐標為光電流強度(A)，由曲線可知，汽油氣濃度增大，光電流強度增大，測量靈敏度達20ppm，可測量範圍為0～500ppm。
權利要求1.一種汽油氣敏光纖傳感器，由入射光纖(1)、敏感膜(2)、透鏡(3)、出射光纖(4)和護套(5)構成，其特徵是透鏡為自聚焦透鏡，敏感膜粘附在光纖束端面或透鏡上，護套上有透氣孔(6)。
2.按權利要求1所述的傳感器，其特徵在於所說的透鏡(3)為圓柱形，其直徑與光纖束的直徑一致。
3.按權利要求1所述的傳感器，其特徵在於所說的敏感膜(2)為SnO2∶ZnO∶Ti膜，由組成為(重量比)SnCl410，ZnCl210，TiCl40.2的鍍液經高溫噴塗在玻片的一面而成。
專利摘要本實用新型是一種測量微量汽油氣的光纖傳感器，它由入射光纖、敏感膜、透鏡、出射光纖及護套構成，透鏡為直徑2毫米的自聚焦透鏡，敏感膜為以二氧化錫和氧化鋅為基質摻入少量鈦的薄膜，可以粘附在光纖束端面及透鏡上，對汽油氣濃度測量靈敏度可達20ppm。本傳感器具有體積小，靈敏度高的特點，適用於各種場合微量汽油氣的測量。
文檔編號G01D5/26GK2222911SQ94245758
公開日1996年3月20日 申請日期1994年11月19日 優先權日1994年11月19日
發明者鄭順璇, 郭斯淦, 陳飈 申請人:中山大學