一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO制造技术

技术编号:25966883 阅读:44 留言:0更新日期:2020-10-17 04:02
本实用新型专利技术公开了一种基于光纤拉锥的马赫‑曾德干涉仪型CO

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器
本技术属于光纤传感
,具体涉及一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器。
技术介绍
随着社会的发展,CO2的排放越来越多,所以对CO2的检测和控制愈来愈重要。CO2传感器是将CO2的量转换成可测量量的传感器,它已经被广泛地应用在农业、工业和日常生活等领域。对于一个理想的CO2传感器来说它应该具有高的灵敏度、长期稳定性、响应时间短、成本低廉及能在宽的CO2浓度范围内工作等优势。按照制作原理通常可将CO2传感器分为如下两大类:固态电解质和红外原理传感器。第一类传感器是利用气体在通过气敏材料时产生离子,形成电动势,测量电动势的大小从而测量气体浓度;第二类传感器是根据CO2的变化会引起媒介层性质的变化,进而使光传播性质(吸收、反射系数、频率等)变化而制作的传感器,研究比较多的主要有光纤CO2传感器和红外CO2传感器。光纤传感器在许多领域有着广泛的应用。传统的固态电解质传感器,存在着响应时间过长,不能在温度变化大的环境下工作等缺点;而红外传感器又因为结构复杂,材料等问题十分昂贵。相较于电子式传感器与红外传感器,光纤传感器响应时间短,不易受到温度变化的干扰,且本质安全(即阻燃、防爆),体积小,结构简单,制作成本低。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的不足,本技术提出一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器,具有灵敏度高、制作成本低、结构紧凑且坚固等优点。本技术所采用的技术方案:一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器,其特征在于:单模光纤内部有一空气腔,在加热状态下对光纤进行拉锥处理,使得空气腔沿光纤轴向的长度增加且腔壁变薄,所得到的空气腔沿轴向长度为50-500μm,沿径向宽度为10-50μm,锥腰处的腔壁厚为3-10μm,含空气腔的这段双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA改性的介孔二氧化硅涂层MSF,其厚度为3-10μm。本技术与现有技术相比的有益效果是:1、本传感器只使用了常见的单模光纤,不会发生色散,质量可靠,传输距离远,且制作成本低,结构简单。2、本技术中拉锥之后空气腔壁变得极薄,增强了光在腔壁中传输时倏逝场与外界物质间的相互作用,从而显著提高了光纤的灵敏度及响应速度,使得光纤传感器的尺寸更紧凑。3、本传感器基于马赫-曾德干涉仪原理,结构简单、信号解调方便。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本技术作进一步说明。图1所示为本技术的结构示意图图中:1.单模光纤1,2.四乙基五胺改性的介孔二氧化硅涂层,3.空气腔,4.单模光纤2。具体实施方式图1为本技术的结构示意图,双锥形单模光纤内部含有一空气腔,其轴向长度为50-500μm,径向宽度为20-50μm,锥腰处的腔壁厚为3-10μm,且在双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA改性的介孔二氧化硅涂层MSF,且厚度为3-10μm。应用时,将该传感器置于待测CO2浓度的空气中,单模光纤1连接近红外宽带光源,其波长范围部分或全部覆盖1500nm-1600nm,单模光纤2连接光纤光谱仪,其响应波长范围覆盖采用的近红外宽带光源波长范围。近红外宽带光源发出的光耦合进单模光纤1,在其纤芯中传输,到达空气腔时分为两束光,一束沿空气腔壁传输,另一束光穿透空气腔向前直线传输,这两束光经空气腔后再次汇合并耦合进单模光纤2,在单模光纤2的纤芯中继续传输,直至输入给光纤光谱仪。由于两束光传输介质不同,经空气腔后耦合进单模光纤2时存在一定的相位差,从而产生马赫-曾德干涉。光纤光谱仪采集输入光得到该传感器的透射光谱。传感器表面的四乙基五胺改性的介孔二氧化硅涂层吸收CO2导致涂层的折射率发生变化,进而引起在空气腔壁中传输的光的传输常数发生变化,从而传感器透射光谱中的谐振波谷中心波长发生漂移。该波长漂移量可由光谱仪直接测量获得。将传感器置于不同CO2浓度的空气中,测量获得一系列波长漂移量,从而建立CO2浓度与谐振波谷中心波长漂移量间的函数关系,即实现对传感器的定标。将定标后的传感器置于待测CO2浓度的空气中,测量其透射光谱中谐振波谷中心波长的漂移量,根据定标函数关系即可反演待测气体中CO2的浓度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器,其特征在于:单模光纤锥形部分内部有一空气腔,在加热状态下对光纤进行拉锥,使得空气腔沿光纤轴向的长度增加且腔壁变薄,含空气腔的这段双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA改性的介孔二氧化硅涂层MSF。


2.根据权利要求1所述的一种基于光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙雨阳徐贲常冉
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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