一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置及监测方法，所述基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，包括玻璃基板、设于玻璃基板上的样品槽、置于样品槽中的去芯D型单模光纤、位于去芯D型单模光纤一端的第一光纤跳线、位于去芯D型单模光纤另一端的第二光纤跳线，第一光纤跳线与超连续光源连接，第二光纤跳线与光谱仪连接，样品槽中装有三氯甲烷液体。基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置及监测方法能连续实时在线监测三氯甲烷挥发过程，具有超高灵敏度和快速响应能力，在分析化学和工业领域的实时监测中具有巨大应用潜力。

A trichloromethane evaporation monitoring device and monitoring method based on D-type single-mode fiber

【技术实现步骤摘要】
一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置及监测方法
本专利技术涉及三氯甲烷蒸发过程监测领域，具体涉及一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置及监测方法。
技术介绍
三氯甲烷，分子式为CHCl3，一种挥发性液体，无色，具有甜味，是有机工业化学和生物学中的重要有机化合物。在气体生产过程中从各种人为来源释放到环境中，在光照条件下，三氯甲烷与空气中的氧气相互作用，逐渐分解为高毒性的光气。即使短时间接触50ppm(体积分数为10-6)的三氯甲烷也可以对人体健康造成损害。检测三氯甲烷的分析方法包括分光光度计、金属氧化物和长周期光纤光栅。光度计可用作测量折射率的有用工具。但是，对于具有体积大和采样慢的缺点的在线现场监控，这些方法并不适合。基于光纤的折射率传感器具有无电磁干扰、结构紧凑、灵敏度高等优点，在过去得到了广泛的研究。在光纤传感器中，多模干涉是一种提高检测灵敏度的有效方法，近年来人们对此方法进行了研究。光波导中的多模干涉是指各导模之间的光相互干扰，导致光纤截面上的光场分布沿纵向传输距离周期性变化。环境折射率影响光波导和透射光谱中的多模干涉效应。多模干涉在光纤传感器、耦合器、光滤波器、光纤激光器等领域发挥着重要作用。由于基于多模干涉的光纤折射率传感器的折射率的变化与多模干涉的频移有关，需要在多模波导中有效激发高阶模和强的光谱移动。去芯光纤、锥形光纤和微型芯光纤等多种光纤传感器被报道，其中，侧边抛光光纤是利用光学微加工技术对光纤包层的一段进行抛光加工而制成的一种光纤。对单模光纤的包层部分进行侧抛光，使剩下的包层形成D型多模波导，光纤的包层厚度被抛光到只有几微米的核心区域，来制作侧边抛磨光纤。在核心区域中传输的光将以一种消失的波场的形式泄漏出去，与外部介质产生强烈的相互作用。根据基于多模干涉的侧边抛磨光纤对环境折射率敏感这一原理，把被测材料放置在侧抛光区域，使倏逝波场能够与材料相互作用侧边抛磨光纤为折射率传感提供了一个有效的平台。侧抛光单模-多模-单模光纤、多D型光纤和侧抛光塑料光纤是根据多模干涉原理和D型结构报道的几种基于多模干涉的折射率传感器。然而，大多数D型光纤是基于多模光纤或具有大纤芯的塑料光纤，成本较高。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，所述基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置能连续实时在线监测三氯甲烷挥发过程，灵敏度高，反应速度快，在分析化学和工业领域的实时监测中具有巨大应用潜力。本专利技术的另一目的在于基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测方法，所述监测方法具有超高灵敏度和快速响应能力。本专利技术采取的技术方案如下：一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，包括玻璃基板、设于玻璃基板上的样品槽、置于样品槽中的去芯D型单模光纤、位于去芯D型单模光纤一端的第一光纤跳线、位于去芯D型单模光纤另一端的第二光纤跳线，第一光纤跳线与超连续光源连接，第二光纤跳线与光谱仪连接，样品槽中装有三氯甲烷液体。光纤折射率传感器的基础是光纤中分析物和倏逝波场之间的相互作用。为了获得倏逝波场，必须去除部分光纤包层，可以通过光纤熔融和锥化技术、光纤侧抛光技术和飞秒激光脉冲技术进行去除。以前的文献报道了很多基于侧边抛磨光纤的各种传感器，如光纤耦合器、调制器、衰减器、切换台、湿度传感器和温度传感器。然而，以往的文献报道的只是去除部分光纤包层。本专利技术是基于整个纤芯的去除情况，被称为去芯D型单模光纤，本专利技术的去芯D型单模光纤可以作为一个传感器，用于实时监测三氯甲烷蒸发情况。本专利技术所述去芯D型单模光纤包括去芯平面、位于去芯平面一侧的过渡引入部分、位于去芯平面另一侧的过渡引出部分、与过渡引入部分相连的光纤引入部分，与过渡引出部分相连的光纤引出部分，光纤引入部分所在平面与去芯平面之间的高度差为剩余厚度，所述剩余厚度为34μm～55μm。去芯平面部分用作D型多模波导；过渡引入部分的曲线抛光表面提供了一种通过多次反射和散射激发高阶模的有效方法；光纤抛光表面的强消失场为环境折射率提供了高灵敏度传感区域；过渡引出部分中的纤芯从去芯平面段收集光，用于输出测量。优选地，所述剩余厚度为34.09μm。优选地，所述光纤引入部分、光纤引出部分均通过紫外线胶固定在玻璃基板上。一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测方法，包括如下步骤：(1)用精确控制的轮式侧边抛磨系统，经过预处理和300r/min的抛磨过程使透过光功率达到光功率计量程的下限-75dBm，得到去芯D型单模光纤，去芯D型单模光纤包括去芯平面、位于去芯平面一侧的过渡引入部分、位于去芯平面另一侧的过渡引出部分、与过渡引入部分相连的光纤引入部分，与过渡引出部分相连的光纤引出部分，光纤引入部分所在平面与去芯平面之间的高度差为剩余厚度，制备出5种剩余厚度不同的去芯D型单模光纤，剩余厚度分别为54.9μm、50.9μm、46.3μm、39.4μm和34.09μm；(2)用酒精清洗光纤表面，将去芯D型单模光纤的光纤引入部分和光纤引出部分用紫外线胶固定在玻璃基板上固定在玻璃基板上，第一光纤跳线连接到超连续光源(SCSYSLSC-5-CFS)，第二光纤跳线与光谱仪(OSAYOKOGAWAQ6370D)连接，玻璃基板上设置有装有三氯甲烷标准折射率液体的样品槽，过渡引入部分、去芯平面、过渡引出部分完全浸没在标准折射率液体中；(3)将折射率范围为1.430-1.444的三氯甲烷标准折射率液体作为评估基于去芯D型单模光纤传感器的标准样本，每次把体积为10μL的折射率液体加入样品槽后记录相应的去芯D型单模光纤的透射光谱，在下一次测试之前用酒精清洗去芯D型单模光纤；(4)计算5种不同剩余厚度的去芯D型单模光纤在不同折射率范围内灵敏度，得到传感器灵敏度与去芯D型单模光纤的剩余厚度成反比；筛选出剩余厚度为34.09μm的去芯D型单模光纤灵敏度最佳；(5)使用剩余厚度为34.09μm的去芯D型单模光纤，按照步骤(2)的方法，对待监测的三氯甲烷进行蒸发监测。本专利技术首先通过侧边抛制造了5种具有不同剩余厚度的去芯D型单模光纤，然后利用这些去芯D型单模光纤在不同折射率的标准折射率液体进行测试得到透射光谱，计算5种不同剩余厚度的去芯D型单模光纤在不同折射率范围内的灵敏度，从而筛选出灵敏度最佳的去芯D型单模光纤，利用筛选出的去芯D型单模光纤可以组装基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发装置，将三氯甲烷液体放置在样品槽中，可以实时进行三氯甲烷蒸发监测。优选地，步骤(2)中标准折射率液体为高度为5mm的三氯甲烷液体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术基于去芯D型单模光纤制备了一种三氯甲烷蒸发监测装置并提供了监测方法，利用去芯D型单模光纤传感器能连续实时在线监测三氯甲烷挥发过程，具有超高灵敏度和快速响应能力，表明去芯D型单模光纤在分析化学和工业领域的实时监测中具有巨大应用潜力。附图说明图1为普通单模光纤和去芯D型单模光纤的横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，其特征在于，包括玻璃基板、设于玻璃基板上的样品槽、置于样品槽中的去芯D型单模光纤、位于去芯D型单模光纤一端的第一光纤跳线、位于去芯D型单模光纤另一端的第二光纤跳线，第一光纤跳线与超连续光源连接，第二光纤跳线与光谱仪连接，样品槽中装有三氯甲烷液体。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，其特征在于，包括玻璃基板、设于玻璃基板上的样品槽、置于样品槽中的去芯D型单模光纤、位于去芯D型单模光纤一端的第一光纤跳线、位于去芯D型单模光纤另一端的第二光纤跳线，第一光纤跳线与超连续光源连接，第二光纤跳线与光谱仪连接，样品槽中装有三氯甲烷液体。


2.根据权利要求1所述的基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，其特征在于，所述去芯D型单模光纤包括去芯平面、位于去芯平面一侧的过渡引入部分、位于去芯平面另一侧的过渡引出部分、与过渡引入部分相连的光纤引入部分，与过渡引出部分相连的光纤引出部分，光纤引入部分所在平面与去芯平面之间的高度差为剩余厚度，所述剩余厚度为34μm～55μm。


3.根据权利要求2所述的基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，其特征在于，所述剩余厚度为34.09μm。


4.根据权利要求1所述的基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测装置，其特征在于，所述光纤引入部分、光纤引出部分均通过紫外线胶固定在玻璃基板上。


5.一种基于去芯D型单模光纤的三氯甲烷蒸发监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用精确控制的轮式侧边抛磨系统，经过预处理和300r/min的抛磨过程使透过光功率达到光功率计量程的下限-75dBm，得到去芯D型单模光纤，去芯D型单模光纤包括去芯平面、位于去芯平面一侧的过渡引入部分、位于去芯平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华丹，余健辉，朱文国，陈哲，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44