基于Ag掺杂ZnO纳米花的光纤氨气传感器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Ag掺杂的ZnO纳米花的光纤氨气传感器，包括依次连接的光源、引入单模光纤、第一细芯光纤、空芯光纤、Ag掺杂的ZnO纳米花层、第二细芯光纤、引出单模光纤和光谱仪，其中宽带光源中心波长为1550nm；经引入单模光纤将光传给第一细芯光纤；其与引入单模光纤对准熔接产生干涉，其信号模式耦合至空芯光纤；空芯光纤直径125μm，纤芯14.2μm，其内部为Ag掺杂ZnO纳米花层，两端于第一细芯光纤和第二细芯光纤对准熔接，将干涉信号通过引出单模光纤输出，并在表面打2个孔，分别为气体进气口和出气口，用于氨气传输；光谱仪对干涉模式检测透射谱获得传感数据。本发明专利技术还公开了相应的制作方法。借助ZnO纳米花增加与氨气间接触面积，可显著提高系统灵敏度。

Optical fiber ammonia sensor based on Ag-doped ZnO nanoflowers and its fabrication method

The invention discloses an optical fiber ammonia gas sensor based on Ag doped ZnO nanoflowers, which comprises a light source connected sequentially, a single-mode optical fiber, a first thin-core optical fiber, a hollow-core optical fiber, an Ag doped ZnO nanoflower layer, a second thin-core optical fiber, a single-mode optical fiber and a spectrometer. The central wavelength of the broadband light source is 1550 nm, and the light is transmitted to the first thin-core optical fiber by introducing a single-mode optical fiber. The signal mode is coupled to the hollow-core optical fibers, and the hollow-core optical fibers are 125 microns in diameter and 14.2 microns in core. The inner part of the hollow-core optical fibers is Ag-doped ZnO nano-flower layer. The interference signals are aligned with the first and second thin-core optical fibers. The interference signals are output through the single-mode optical fibers, and two holes are punched on the surface, respectively, for gas inlet and outlet. Ammonia gas transmission; Spectrometer detects the transmission spectrum of interference mode to obtain sensing data. The invention also discloses a corresponding manufacturing method. The sensitivity of the system can be significantly improved by increasing the contact area between ZnO nanoflowers and ammonia.

【技术实现步骤摘要】
基于Ag掺杂ZnO纳米花的光纤氨气传感器及制作方法
本专利技术属于光纤传感器
，更具体地，涉及一种基于Ag掺杂ZnO纳米花的光纤氨气传感器及制作方法。
技术介绍
氨气是有害、无色、刺激性及有毒气体，其会导致气候变化和臭氧层的破坏。因此，现阶段迫切需要高灵敏度、高选择性且制备简单的光纤传感器。基于倏势场型的光纤传感器由于体积小、抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀的特性一直受研究者关注。然而，目前对于基于倏势场的光纤传感器而言，仍存在灵敏度低的问题，并且对微纳光纤的制备技术有严格的要求，否则很难制备出结构参数、性能参数完全相同的微纳光纤。此外，微纳光纤在操作系统上容易断裂，因此，需要大量制备才能获得较好的光纤传感器。针对上述问题，Narasimman等（参见“NarasimmanS,BalakrishnanL,AlexZC.Fiber-OpticAmmoniaSensorBasedonAmineFunctionalizedZnONanoflakes”,IEEESensorsJournal,2018,18(1):201-208.）提出了一种胺官能化ZnO纳米片的光纤氨气传感器，其改善了系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Ag掺杂ZnO纳米花的光纤氨气传感器，其特征在于，该传感器包括依次连接的光源（1）、引入单模光纤（2）、第一细芯光纤（3）、气体进气口（4）、空芯光纤（5）、Ag掺杂ZnO纳米花层（6）、气体出气口（7）、第二细芯光纤（8）、引出单模光纤（9）和光谱仪（10），其中：所述光源（1）为宽带光源，中心波长为1550nm，用于产生光信号；所述引入单模光纤（2）用于接收和传输光源（1）的光，并将其传输给第一细芯光纤（3）；所述第一细芯光纤（3）与引入单模光纤（2）相对准熔接，用于产生干涉，并将干涉信号的模式耦合至空芯光纤（5）；所述空芯光纤（5）光纤直径为125µm，纤芯为18.2µm，在其内...

【技术特征摘要】
1.基于Ag掺杂ZnO纳米花的光纤氨气传感器，其特征在于，该传感器包括依次连接的光源（1）、引入单模光纤（2）、第一细芯光纤（3）、气体进气口（4）、空芯光纤（5）、Ag掺杂ZnO纳米花层（6）、气体出气口（7）、第二细芯光纤（8）、引出单模光纤（9）和光谱仪（10），其中：所述光源（1）为宽带光源，中心波长为1550nm，用于产生光信号；所述引入单模光纤（2）用于接收和传输光源（1）的光，并将其传输给第一细芯光纤（3）；所述第一细芯光纤（3）与引入单模光纤（2）相对准熔接，用于产生干涉，并将干涉信号的模式耦合至空芯光纤（5）；所述空芯光纤（5）光纤直径为125µm，纤芯为18.2µm，在其内部设置有Ag掺杂ZnO纳米花层（6），其两端分别于第一细芯光纤（3）和第二细芯光纤（8）相对准熔接，并将干涉信号通过引出单模光纤（9）输出，在其表面打2个孔，分别为气体进气口（4）、气体出气口（7），用于氨气的传输；所述光谱仪（10）对引出单模光纤（9）所输出的干涉模式执行透射光谱检测，并根据检测结构相应的获得传感数据。2.根据权利要求1所述的光纤氨气传感器，其特征在于，所述第一细芯光纤（3）和第二细芯光纤（8）长度被设定为2cm。3.根据权利要求1所述的光纤氨气传感器，其特征在于，所述空芯光纤（5）内生长Ag掺杂ZnO纳米花层（6），其长度设定为3cm。4.根据权利要求3所述的光纤氨气传感器，其特征在于，所述在空芯光纤（5）的内部生长Ag掺杂ZnO纳米花层（6）的方法是：将清洁后的空芯光纤（5）浸入水热法制备的4%的Ag掺杂ZnO...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈涛，夏振涛，冯月，李晓晓，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23