【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器。
技术介绍
1、氨气被广泛用在化工、农业、食品和电子等领域，但由于吸入一定浓度的氨气会损害人体的健康，因此研究人员研制了各种各样的传感器对其进行浓度监测，以实现早期报警。常见的氨气传感器主要分为电化学式、半导体式、光谱吸收式、接触燃烧式和光纤接触式，半导体式氨气传感器存在工作温度高、易受电磁干扰的缺点，并且检测精度不高，难以检测ppb级的低浓度气体；光谱吸收式氨气传感器能够克服电学类气体传感选择性不佳和工作温度高的问题，但其检测限和检测灵敏度受到气室光路长度的限制，较长的气室光路限制了传感器的小型化和集成化。
2、光纤接触式氨气传感器具有结构简单、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰和耐腐蚀等优点，得到了研究人员的广泛研究。目前已经被报道过的光纤结构包括d型光纤、微纳光纤、锥形光纤、长周期光纤光栅和倾斜布拉格光纤光栅，但d型光纤、微纳光纤和锥形光纤结构脆弱，长周期光纤光栅和倾斜布拉格光纤光栅易受温度波动的影响且不能同时监测温度，导致测量误差。
3、因此，本领域技术人员亟需提供一种能够同时监测环境温度和氨气浓度的基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，解决传统的光纤接触式氨气传感器易受环境温度串扰影响且不能同时测量环境温度和氨气浓度的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：>
3、本专利技术一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，包括小周期长周期光纤光栅和涂覆于单模光纤外表面的气敏层，所述小周期长周期光纤光栅和所述气敏层位置对应，所述小周期长周期光纤光栅是在所述单模光纤的内部刻写的光纤光栅结构，所述小周期长周期光纤光栅的包层表面为折射率敏感区；所述气敏层采用高分子聚合物，所述高分子聚合物的折射率随氨气浓度变化而变化进行氨气检测。
4、优选的，所述高分子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚丙烯酸。
5、优选的，所述小周期长周期光纤光栅是通过飞秒激光在去除了涂覆层的单模光纤的内部采用逐线法刻写获得的，所述小周期长周期光纤光栅的透射谱包含高阶包层模，所述小周期长周期光纤光栅的反射谱包含一系列高阶布拉格反射峰。
6、如上所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的气敏层的制备方法，包括以下步骤，
7、步骤一：采用碱性溶液浸泡小周期长周期光纤光栅，使小周期长周期光纤光栅的表面离子化；
8、步骤二：采用带正电的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液浸泡步骤一获得的产物，以便聚丙烯酸更好地结合在单模光纤表面；
9、步骤三：采用去离子水浸泡步骤二获得的产物，并用氮气吹干，以去除残余的分子基团；
10、步骤四：采用带负电的聚丙烯酸溶液浸泡步骤三获得的产物，以便气敏层与氨气相结合；
11、步骤五：采用去离子水浸泡步骤四获得的产物，并用氮气吹干，以去除残余的分子基团；
12、步骤六：重复步骤二～步骤五，使得气敏层的厚度达到100nm～500nm。
13、如上所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的氨气浓度测试系统，包括宽带光源、环形器、气室、小周期长周期光纤光栅氨气传感器和光谱仪；所述宽带光源、所述环形器、所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器和所述光谱仪顺次排布并连接，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器放置于所述气室中，所述宽带光源的发射光通过所述环形器传输到所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器的气敏层的折射率对氨气浓度的变化产生响应，并通过所述光谱仪将氨气浓度信息显示出来。
14、如上所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的环境温度测试系统，包括宽带光源、环形器、小周期长周期光纤光栅氨气传感器、光谱仪和管式炉；所述宽带光源、所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器、所述光谱仪和所述环形器按位置排布并连接，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器放置于所述管式炉中，所述宽带光源的发射光通过所述环形器传输到所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器的反射谱中高阶布拉格谐振峰的波长随温度变化而变化进行温度检测，并通过所述光谱仪将温度信息显示出来。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：
16、(1)本专利技术的小周期长周期光纤光栅的器件长度相比于传统的长周期光纤光栅更短，更易于传感系统的小型化、集成化。
17、(2)相比于磁控溅射、物理气相沉积和化学气相沉积法等复杂、耗时、高成本的薄膜沉积技术，本专利技术的层层静电自组装的成膜方法简单高效，且
18、薄膜均匀、厚度可调节。
19、(3)本专利技术的飞秒激光精密加工技术可以灵活加工不同参数的光纤光栅，加工时间短，加工重复性高。
20、(4)本专利技术不仅可以实现对氨气浓度的检测，并且可以同时监测周围的环境温度变化。
21、综上，本专利技术基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器具有结构紧凑、灵敏度高、稳定性好、响应时间短、制作难度低、成本低、抗干扰能力强的优点，并且可以对周围环境温度进行同时监测，能够克服温度波动对氨气检测的影响。
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1.一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：包括小周期长周期光纤光栅(13)和涂覆于单模光纤(11)外表面的气敏层(12)，所述小周期长周期光纤光栅(13)和所述气敏层(12)位置对应，所述小周期长周期光纤光栅(13)是在所述单模光纤(11)的内部刻写的光纤光栅结构，所述小周期长周期光纤光栅(13)的包层表面为折射率敏感区；所述气敏层(12)采用高分子聚合物，所述高分子聚合物的折射率随氨气浓度变化而变化进行氨气检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：所述高分子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚丙烯酸。
3.根据权利要求1所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：所述小周期长周期光纤光栅(13)是通过飞秒激光在去除了涂覆层的单模光纤(11)的内部采用逐线法刻写获得的，所述小周期长周期光纤光栅(13)的透射谱包含高阶包层模，所述小周期长周期光纤光栅(13)的反射谱包含一系列高阶布拉格反射峰。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的气敏
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的氨气浓度测试系统，其特征在于：包括宽带光源(21)、环形器(22)、气室(23)、小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)和光谱仪(25)；所述宽带光源(21)、所述环形器(22)、所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)和所述光谱仪(25)顺次排布并连接，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)放置于所述气室(23)中，所述宽带光源(21)的发射光通过所述环形器(22)传输到所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)的气敏层(12)的折射率对氨气浓度的变化产生响应，并通过所述光谱仪(25)将氨气浓度信息显示出来。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的环境温度测试系统，其特征在于：包括宽带光源(21)、环形器(22)、小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)、光谱仪(25)和管式炉(31)；所述宽带光源(21)、所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)、所述光谱仪(25)和所述环形器(22)按位置排布并连接，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)放置于所述管式炉(31)中，所述宽带光源(21)的发射光通过所述环形器(22)传输到所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)，所述小周期长周期光纤光栅氨气传感器(24)的反射谱中高阶布拉格谐振峰的波长随温度变化而变化进行温度检测，并通过所述光谱仪(25)将温度信息显示出来。
...【技术特征摘要】
1.一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：包括小周期长周期光纤光栅(13)和涂覆于单模光纤(11)外表面的气敏层(12)，所述小周期长周期光纤光栅(13)和所述气敏层(12)位置对应，所述小周期长周期光纤光栅(13)是在所述单模光纤(11)的内部刻写的光纤光栅结构，所述小周期长周期光纤光栅(13)的包层表面为折射率敏感区；所述气敏层(12)采用高分子聚合物，所述高分子聚合物的折射率随氨气浓度变化而变化进行氨气检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：所述高分子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚丙烯酸。
3.根据权利要求1所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器，其特征在于：所述小周期长周期光纤光栅(13)是通过飞秒激光在去除了涂覆层的单模光纤(11)的内部采用逐线法刻写获得的，所述小周期长周期光纤光栅(13)的透射谱包含高阶包层模，所述小周期长周期光纤光栅(13)的反射谱包含一系列高阶布拉格反射峰。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的气敏层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于小周期长周期光纤光栅的氨气传感器的氨气浓度测试系统，其特征在于：包括宽带光源(21)、环形...
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