一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器制造技术

技术编号:17770908 阅读:46 留言:0更新日期:2018-04-21 23:27
本实用新型专利技术提出了一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器。该传感器包括单模光纤、细芯光纤、微通道、空气腔、金膜,其特征在于:所述的光纤干涉仪是将单模光纤与一小截带有微通道空气腔的细芯光纤熔接,细芯光纤暴露的端面为光滑平面,且该面上镀有金膜。当空气腔中的气体浓度发生改变时,相应的折射率也会发生改变,从而导致干涉仪的反射谱发生漂移,可以实现气体浓度的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器
本技术属于传感器领域,具体涉及一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器。
技术介绍
近年来,无论是石油天然气行业,还是煤矿行业,国内发生有毒气体中毒,瓦斯爆炸等事故屡见不鲜。因此实时、准确地监测环境中有害气体的浓度,对于确保煤矿石油工业的安全以及提高人们生活质量发挥了重要作用,并且还能有效地预防安全事故的发生。目前工业环境常用的监测装置大都是基于半导体或电化学原理的点式仪器,普遍具有反应速度慢,敏感元件容易老化,以及监测范围小的缺点,现有的技术还不能完全满足大范围现场有害气体浓度监测及安全预警的需要。近年来,光纤气体传感器获得广泛而深入的研究。通过检测样气透寸光强或反射光强的变化来检测气体浓度的光谱吸收型光纤气体传感器,具有简单可靠的气室结构,测量精度高,选择性好,响应速度快,不过这种气体传感器存在的主要问题是对光源稳定性要求很高、易受光纤折射率变化、连接器损耗等因素的影响,通过采用双波长差分吸收法可以消除外界因素干扰,虽可以利用光谱吸收法对一些气体进行探测,但该方法只适用于在近红外波段有较强吸收峰的气体,而在近红外波段无较强吸收峰的气体则不能对其进行探测。利用光纤界面附近的渐逝场被气体吸收峰衰减来测量气体浓度的渐逝场型光纤气体传感器,具有传感长度较长,结构简单,适合分布式及远距离测量等独特优点,但如果一些分子与待测气体分子体积相近,就会很容易通过隔离膜进入渐逝场区域,从而影响传感器的灵敏度。通过检测与待测气体相应的荧光辐射来确定气体浓度的光纤荧光气体传感器,对待测气体的选择性较好,但微弱的测量信号阻碍了荧光型气体传感器的发展,增加了检测系统的复杂度,使成本提高。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足,本技术提出了一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器。本技术所采用的技术方案是:该传感器包括单模光纤熔接与一小截带有微通道空气腔的细芯光纤,细芯光纤暴露的端面为光滑平面,且该面上镀有金膜。所述的椭球型空气腔长半轴为70-110纳米,短半轴为30-60纳米,空气腔与外界的通道的半径为10-20纳米,空气腔端面与侧面的距离为10-30纳米,其侧面的金膜的厚度为10-50微米。本技术的具体工作原理是:单模光纤与带有一个开放式空气腔的细芯光纤熔接,并在细芯光纤的另一端镀有金膜,构成一个反射式的干涉仪,当空气腔中的气体浓度发生改变时,相应的折射率也会发生改变,从而导致干涉仪的反射谱发生漂移,可以实现气体浓度的测量。本技术的有益效果是:1.传感器由单模光纤和细芯光纤组成,制备过程中只需使用普通商用光纤熔接机,飞秒激光器,具有成本低、制备简单的优点。2.传感器尺寸小,具有较好的机械强度,同时方便在狭小空间使用。3.传感器为反射式,可以实现远程传感。4.可以用来测量不同的气体,实现不同气体浓度的高灵敏度测量。附图说明下面结合附图及具体方式对本技术作进一步说明。图1是本技术的结构示意图。图中:1.单模光纤,2.细芯光纤,3.微通道,4.空气腔,5.金膜。具体实施方式如图1,制备传感器的步骤为:第一步,将一小截细芯光纤与单模光纤熔接;第二步,用飞秒激光将细芯光纤的另一端面刻蚀一个小槽;第三步,将刻有小槽的细芯光纤与另一截切割平整的细芯光纤熔接,形成一个封闭式空气腔;第四步,将细芯光纤暴露的端面切平,并在该光滑端面镀上金膜;第五步,用飞秒激光将空气腔打穿,使其有一个与外界相连的微通道。其特征为:所述的单模光纤为通信用单模光纤;所述的椭球型空气腔的长半轴为70-110纳米,短半轴为30-60纳米;微通道的半径为10-20纳米;空气腔端面与侧面的距离为10-30纳米;侧面的金膜厚度为10-50微米。使用时,传感器的单模光纤输入端与光纤环行器的输出端相连,该环行器的两个输入端分别与宽带光源和光谱仪相连。当空气腔中的气体浓度发生改变时,相应的折射率也会发生改变,从而导致干涉仪的反射谱发生漂移,实现气体浓度的测量。本文档来自技高网
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一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器

【技术保护点】
一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器,该传感器包括单模光纤、细芯光纤、微通道、空气腔、金膜,其特征在于:所述的光纤干涉仪是将单模光纤与一小截带有微通道空气腔的细芯光纤熔接,细芯光纤暴露的端面为光滑平面,且该面上镀有金膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器,该传感器包括单模光纤、细芯光纤、微通道、空气腔、金膜,其特征在于:所述的光纤干涉仪是将单模光纤与一小截带有微通道空气腔的细芯光纤熔接,细芯光纤暴露的端面为光滑平面,且该面上镀有金膜。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:余芬徐贲张艺馨
申请(专利权)人:中国计量大学
类型:新型
国别省市:浙江,33

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