【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳浓度检测，尤其涉及一种基于光波导的二氧化碳检测装置及方法。
技术介绍
1、在尾气排放、医学等多种领域均需要对二氧化碳浓度进行检测，现有二氧化碳浓度检测方法主要包括半导体型、电化学型以及非色散红外吸收型。
2、其中，半导体型主要利用金属氧化物(氧化锌或氧化铜)制成阻抗材料，在一定条件(温度)下，当二氧化碳气体到达半导体表面时，与吸附在半导体表面上的氧发生化学反应，由于此过程中存在电荷的转移，使得半导体电阻会发生变化，从而可通过测量该电阻的变化来实现二氧化碳气体的浓度检测。但是由于该技术方法需要特定的条件比如说温度的控制，存在选择性偏差，而且仅能通过电阻的变化区分出气体的氧化性和还原性，并不能准确区分气体的类型。
3、电化学型指的是利用电化学式二氧化碳传感器基于二氧化碳气体的电化学活性原理进行浓度测量，具体检测过程为：当二氧化碳气体进入电化学式二氧化碳传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经电极，该电流的大小与气体的浓度成一定比例，从而可通过测量其电流数值来反映气体浓度。但是该方法的工作温度较高，而且固态电解质的制备过程比较复杂，另外需要氧气，故容易受到干扰。
4、非色散红外吸收型为利用红外线作为介质的测量系统，利用二氧化碳吸收波长4.26μm红外线的物理特征来有选择地准确测量二氧化碳的分压，且吸收关系服从朗伯-比尔定律。红外吸收型气体分析检测仪一般由红外辐射源、测量气室、波长选择装置(滤光片)、红外探测装置等组成，其通过测量进入红外传感器的红外光
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种基于光波导的二氧化碳检测装置及方法，具有检测时间短、检测成本低等优点。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于光波导的二氧化碳检测装置，包括氦氖激光器以及经光纤与氦氖激光器的输出端连接的光功率计，氦氖激光器和光功率计之间的光纤上耦合有平板波导芯片，平板波导芯片上且沿光纤延伸的方向开设有容置槽，容置槽内盛放有饱和氢氧化钙溶液；
3、光纤穿过容置槽内盛放的饱和氢氧化钙溶液。
4、优选的，平板波导芯片置于密封气室内部，密封气室上经质量流量控制仪分别连通有二氧化碳气源和氮气源；
5、二氧化碳气源与密封气室之间以及氮气源与密封气室之间分别设置有第一开关阀和第二开关阀；
6、密封气室上还开设有排气口，排气口上设置有密封阀；
7、密封气室的顶端且对应容置槽的位置开设有滴入孔。
8、优选的，平板波导芯片为三层结构，平板波导芯片包括由上到下依次设置的顶层波导、中间波导和底层波导，顶层波导的顶端开设有容置槽，顶层波导的底端与中间波导固定连接，中间波导内穿设有信号传输线，信号传输线的两端均与光纤耦合。
9、优选的，氦氖激光器发出激光的波长为660nm。
10、一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，包括以下步骤：
11、s1、打开氦氖激光器并调整成设定功率；
12、s2、打开第二开关阀和密封阀，向密封气室内部通入氮气，吹扫密封气室，直至其他气体由排气口排出，关闭第二开关阀和密封阀；
13、s3、经滴入孔向容置槽内滴入饱和氢氧化钙溶液，直至饱和氢氧化钙溶液的液面高于光纤的所在高度；
14、s4、打开第一开关阀，向密封气室内通入二氧化碳，并在通入的过程中经质量流量控制仪调控二氧化碳的进入浓度和流速，同时利用光功率计记录经光纤输出的光信号数据，绘制不同二氧化碳浓度下激光损耗与反应时间变化曲线；
15、s5、利用绘制完成的不同二氧化碳浓度下激光损耗与反应时间变化曲线拟合方程。
16、优选的，步骤s1中的设定功率为100uw。
17、优选的，步骤s2中氮气吹扫时间为2min。
18、优选的，步骤s3中饱和氢氧化钙溶液的滴入量为5ul。
19、优选的，步骤s4中质量流量控制仪调控二氧化碳的进入浓度和流速呈梯度增长，且阶梯值为200ppm，二氧化碳浓度变化范围为0-2000ppm。
20、优选的，步骤s5中所述拟合方程式如下：
21、y＝a1*exp(-x/t1)+y0
22、其中，y0＝-26.72±43.95；a1＝9234.93±196.83；t1＝115±4.39；y表示二氧化碳浓度；x表示反应时间。
23、本专利技术具有以下有益效果：
24、1、检测迅速：从滴入饱和氢氧化钙溶液到反应结束，仅需要十分钟，克服了其他技术反应时间长的缺点。
25、2、价格低廉，成本低：平板波导芯片可以量化生产，且一块平板波导芯片的成本仅在5元以内，克服了非色散红外技术价格昂贵的缺点。
26、3、检测方便：与半导体型和电化学方法相比较，不需要特定的条件(例如高温)，室温下即可进行检测。
27、4、功耗低，且密封气室内实验，避免了水汽干扰影响，集成化后可用于恶劣环境中检测等优点。
28、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：包括氦氖激光器以及经光纤与氦氖激光器的输出端连接的光功率计，氦氖激光器和光功率计之间的光纤上耦合有平板波导芯片，平板波导芯片上且沿光纤延伸的方向开设有容置槽，容置槽内盛放有饱和氢氧化钙溶液；
2.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：平板波导芯片置于密封气室内部，密封气室上经质量流量控制仪分别连通有二氧化碳气源和氮气源；
3.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：平板波导芯片为三层结构，平板波导芯片包括由上到下依次设置的顶层波导、中间波导和底层波导，顶层波导的顶端开设有容置槽，顶层波导的底端与中间波导固定连接，中间波导内穿设有信号传输线，信号传输线的两端均与光纤耦合。
4.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：氦氖激光器发出激光的波长为660nm。
5.如上述权利要求1-4任一项所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于光波导
7.根据权利要求5所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，其特征在于：步骤S2中氮气吹扫时间为2min。
8.根据权利要求5所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，其特征在于：步骤S3中饱和氢氧化钙溶液的滴入量为5ul。
9.根据权利要求5所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，其特征在于：步骤S4中质量流量控制仪调控二氧化碳的进入浓度和流速呈梯度增长，且阶梯值为200ppm，二氧化碳浓度变化范围为0-2000ppm。
10.根据权利要求5所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置的方法，其特征在于：步骤S5中所述拟合方程式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：包括氦氖激光器以及经光纤与氦氖激光器的输出端连接的光功率计，氦氖激光器和光功率计之间的光纤上耦合有平板波导芯片，平板波导芯片上且沿光纤延伸的方向开设有容置槽，容置槽内盛放有饱和氢氧化钙溶液；
2.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：平板波导芯片置于密封气室内部，密封气室上经质量流量控制仪分别连通有二氧化碳气源和氮气源；
3.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：平板波导芯片为三层结构，平板波导芯片包括由上到下依次设置的顶层波导、中间波导和底层波导，顶层波导的顶端开设有容置槽，顶层波导的底端与中间波导固定连接，中间波导内穿设有信号传输线，信号传输线的两端均与光纤耦合。
4.根据权利要求1所述的一种基于光波导的二氧化碳检测装置，其特征在于：氦氖激光器发出激光的波长为660nm。
...【专利技术属性】
技术研发人员：唐婷婷，叶方青，李杰，李朝阳，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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