一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器制造技术

一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，由入射端单模光纤与写有布拉格光栅的少模光纤熔接组成，其中少模光纤部分镀有硅膜；少模光纤的长度为4‑6cm，硅膜的厚度为5‑10um；其制备方法步骤如下：1)在少模光纤上写制布拉格光栅，2)单模光纤与少模光纤的熔接，3)在传感器上镀硅膜。本发明专利技术的优点是：该光纤气体浓度传感器结构简单、成本低廉、测量范围大，两种干涉峰对温度和气体浓度的敏感特性是不同的，通过传输矩阵法即可计算出当前的气体浓度和温度,在国防、工业生产以及民用领域具有很好的应用前景。

A gas concentration sensor based on less mode fiber and Prague grating

A gas concentration sensor and few mode fiber Prague grating based on the incident end of a single-mode fiber and write few mode fiber Prague grating fused connected, which few mode fiber part coated with silicon film; few mode fiber length is 4 6cm, silicon film thickness of 5 10um; preparation the method includes the following steps: 1) written in few mode fiber Prague grating, 2) single-mode fiber and few mode fiber welding, 3) plating silicon film on the sensor. The invention has the advantages that the optical fiber gas sensor has the advantages of simple structure, low cost, wide measuring range, sensitivity of two kinds of interference peak temperature and gas concentration is different, can be calculated by the transfer matrix method of gas concentration and temperature of the current, and has a good application prospect in national defense, industry and civil field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器
本专利技术属于光纤传感领域，特别是一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器。
技术介绍
21世纪是信息高速发展的时代，在这个信息量呈爆炸式增长的时代，传感技术、通信技术和计算机技术成为了现代信息技术的三大支柱，其中光纤传感技术也得到了飞速的发展。气体传感器主要包括半导体气体传感器、电化学气体传感器、红外线气体传感器、光纤气体传感器等。与其他类型的气体传感器相比，光纤气体传感器具有体积小、重量轻、传输损耗小、传输容量大、测量范围广、抗电磁干扰、耐腐蚀、化学稳定性好、电绝缘性能好、使用寿命长等诸多优点。然而许多结构的光纤气体传感器对温度是敏感的，会出现交叉敏感的现象，从而降低了测量的精度，限制了气体传感器应用的范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题提供一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，该传感器结构简单、容易制作，而且不受温度的影响，具有推广应用的价值。本专利技术的技术方案：一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，由入射端单模光纤与写有布拉格光栅的少模光纤熔接组成，其中少模光纤部分镀有硅膜；少模光纤的长度为4-6cm，硅膜的厚度为5-10um。一种所述基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器的制备方法，步骤如下：1)在少模光纤上写制布拉格光栅采用相位模板法在少模光纤上写制布拉格光栅，从准分子激光器发出的激光经反射镜、柱透镜和相位模板会聚到少模光纤上调制少模光纤纤芯折射率，柱透镜和相位模板与写入光束垂直，相位模板与光纤轴向的夹角是90度，位移台通过移动控制写入光束的位置,布拉格光栅栅区的长度为1cm，写制光栅时用宽带光源与光谱仪共同监测布拉格光栅的写制情况；2)单模光纤与少模光纤的熔接用切割钳剥下单模光纤与少模光纤的涂覆层，用酒精擦拭清洁，将单模光纤与少模光纤分别放入熔接机两端，熔接程序选择SMF-MMF并使用自动熔接，放电强度为100bit，放电时间为3000ms,放电后单模光纤与少模光纤完成熔接；3)在传感器上镀硅膜采用溶胶-凝胶法配制溶液：将水解正硅酸乙酯与乙醇在室温下混合，充分搅拌，再将浓度为0.1mol/L的盐酸加入混合物中，水解正硅酸乙酯、乙醇与盐酸的体积比为10mL:5mL:1mL，继续搅拌，将制好的溶液放在小瓶中，将制好的溶液涂在传感头上，停留30分钟完全干燥后，重复8遍前面的过程，完成在传感器头上镀膜的过程，膜的厚度为5-10um。本专利技术的优点和有益效果是：该光纤气体浓度传感器结构简单、成本低廉、测量范围大，两种干涉峰对温度和气体浓度的敏感特性是不同的，通过传输矩阵法即可计算出当前的气体浓度和温度,在国防、工业生产以及民用领域具有很好的应用前景。附图说明图1为该传感器结构示意图。图中：1.入射端单模光纤2.少模光纤3.硅膜4.布拉格光栅。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例：一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，如图1所示，由入射端单模光纤1与写有布拉格光栅4的少模光纤2熔接组成，其中少模光纤2部分镀有硅膜4；少模光纤2的长度为5cm，硅膜4的厚度为6um。光从入射端单模光纤1进入少模光纤2，受少模光纤2的影响，纤芯中的光被激发到包层，成为前向的纤芯模式和前向的包层模式。这两种光到达布拉格光栅4时，满足布拉格条件的波长发生反射，其中前向的纤芯模式反射为后向的纤芯模式，前向包层模式反射为后向的包层模式。这两种后向模式的光到达少模光纤2时耦合到纤芯，通过光谱仪测量结果。该基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器的制备方法，步骤如下：1)在少模光纤上写制布拉格光栅采用相位模板法在少模光纤上写制布拉格光栅，从准分子激光器发出的激光经反射镜、柱透镜和相位模板会聚到少模光纤上调制少模光纤纤芯折射率，柱透镜和相位模板与写入光束垂直，相位模板与光纤轴向的夹角是90度，位移台通过移动控制写入光束的位置,布拉格光栅栅区的长度为1cm，写制光栅时用宽带光源与光谱仪共同监测布拉格光栅的写制情况；2)单模光纤与少模光纤的熔接用切割钳剥下单模光纤与少模光纤的涂覆层，用酒精擦拭清洁，将单模光纤与少模光纤分别放入熔接机两端，熔接程序选择SMF-MMF并使用自动熔接，放电强度为100bit，放电时间为3000ms,放电后单模光纤与少模光纤完成熔接；3)在传感器上镀硅膜采用溶胶-凝胶法配制溶液：将10mL水解正硅酸乙酯与5mL乙醇在室温下混合，充分搅拌，再将1mL浓度为0.1mol/L的盐酸加入混合物中，继续搅拌，将制好的溶液放在小瓶中，将制好的溶液涂在传感头上，停留30分钟完全干燥后，重复8遍前面的过程，完成在传感器头上镀膜的过程，膜的厚度大约5-10um。经分析发现，光从入射端单模光纤1进入少模光纤2，受少模光纤2的影响，纤芯中的光被激发到包层，成为前向的纤芯模式和前向的包层模式。这两种光到达布拉格光栅4时，满足布拉格条件的波长发生反射，其中前向的纤芯模式反射为后向的纤芯模式，前向包层模式反射为后向的包层模式。这两种后向模式的光到达少模光纤2时耦合到纤芯，出现了两种干涉峰(前向的纤芯模式与后向后向的包层模式，前向包层模与后向的纤芯模式)，这两种干涉峰对温度和气体浓度的敏感特性是不同的，通过传输矩阵法即可计算出当前的气体浓度和温度，避免了温度的干扰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，其特征在于：由入射端单模光纤与写有布拉格光栅的少模光纤熔接组成，其中少模光纤部分镀有硅膜；少模光纤的长度为4‑6cm，硅膜的厚度为5‑10um。

【技术特征摘要】
1.一种基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器，其特征在于：由入射端单模光纤与写有布拉格光栅的少模光纤熔接组成，其中少模光纤部分镀有硅膜；少模光纤的长度为4-6cm，硅膜的厚度为5-10um。2.一种如权利要求1所述基于少模光纤和布拉格光栅的气体浓度传感器的制备方法，其特征在于步骤如下：1)在少模光纤上写制布拉格光栅采用相位模板法在少模光纤上写制布拉格光栅，从准分子激光器发出的激光经反射镜、柱透镜和相位模板会聚到少模光纤上调制少模光纤纤芯折射率，柱透镜和相位模板与写入光束垂直，位移台通过移动控制写入光束的位置,布拉格光栅栅区的长度为1cm，写制光栅时用宽带光源与光谱仪共同监测布拉格光栅的写制情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，童峥嵘，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12