【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感，具体涉及一种测量微风速的光纤气流传感器及其制备方法、使用方法和应用。
技术介绍
1、气流传感器应用广泛，极大的影响着社会各行各业的发展，如大气环境监测、生物医学工程、航空航天、空气动力学研究、导航控制和汽轮机检测等。
2、传统气流传感器体积大、组装复杂，并且检测限高，不利于低风速检测，限制了他们在新兴信息领域的应用。随着科技发展，微型化、低检测限的光纤传感器拥有越来越广阔的发展前景，基于光纤的光学气流传感器由于具有微型化、重量轻、灵敏度高、光学响应快和可原位检测等优势，尤其是可以对微小风速进行精确测量，逐渐成为当今社会急需的产品。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种测量微风速的光纤气流传感器及其制备方法，该方法制备的光纤气流传感器能是一种微型化、低检测限的光纤传感器，能够在0～0.12m/s提供气流速度检测。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种测量微风速的光纤气流传感器，所述光纤气流传感器包括光纤锥、包覆在所述光纤锥表面的聚苯乙烯(ps)修饰层以及与所述光纤锥垂直生长的bpea微米线晶体。
3、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤气流传感器选用的光纤锥由多模光纤制备。
4、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤锥为石英包层多模光纤(长飞，si400/440-22/730)，纤芯为石英，直径为400μm；光纤数值孔径为0.22，包层为含氟的石英玻璃，包层直径是4
5、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤锥为的直径为微米级别，优选为30～40微米。
6、优选地，所述光纤气流传感器对微小风速进行测量的检测范围为0～0.12m/s。
7、在本专利技术的一个实施方式中，所述ps修饰层由ps和ch2cl2制备的ps溶液组成。
8、优选地，所述ps修饰层的厚度为50～100nm。
9、光纤气流传感器选用ps进行修饰，其目的是增大光纤锥的表面能使bpea微米线更容易垂直生长在光纤锥表面且解决bpea微米线易脱落的问题。
10、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤气流传感器选用的bpea微米线晶体为β相。
11、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤气流传感器选用的bpea微米线晶体为正交空间群。
12、优选地，所述bpea材料由芳香结构和炔基构成π-π共轭体系，具有好的平面性。
13、优选地，所述bpea微米线晶体具有小的光损耗系数和低的光波导损耗材料，具有好的光学性质。
14、在本专利技术的一个实施方式中，所述bpea微米线晶体在晶体内是按照π-π堆积的方式排布构成分子链的。
15、在本专利技术的一个实施方式中，所述bpea微米线晶体垂直于(110)面，沿着[001]晶向生长。
16、在本专利技术的一个实施方式中，所述bpea微米线晶体在机械力作用下能够呈约95°仍不发生断裂或折断，且机械力消失时能够恢复。
17、在本专利技术的一个实施方式中，所述光纤气流传感器选用的bpea微米线晶体可以通过改变制备条件进行调节。
18、根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种制备上述测量微风速的光纤气流传感器的方法，包括对光纤进行拉锥，并在所述拉锥后的光纤上垂直生长bpea微米线晶体，集成bpea微米线晶体的波导结构，构建光纤-有机微米线晶体的异质结，得到所述光纤气流传感器。
19、在本专利技术的一个实施方式中，所述bpea微米线晶体在机械力作用下能够呈约95°仍不发生断裂或折断的情况，并且机械力消失微米线晶体能够回复。
20、从有机微米线晶体的制备着手，在光纤上集成了bpea微米线晶体的波导结构，构建了光纤-有机微米线晶体的异质结，利用光纤的波导结构激发微米线晶体发光，并对微米线晶体的荧光发射进行采集。光纤气流传感器对微风速的测量是通过荧光光谱的变化实现的，风速增大，荧光强度减弱。在气流中，bpea微米线晶体受到机械扰动，荧光光谱会发生变化，从而通过光谱分析能够得到气流流速信息。
21、在本专利技术的一个实施方式中，所述测量微风速的光纤气流传感器的制备方法包括：
22、s1、对光纤进行加热，当光纤软化后使用光纤熔融拉锥机对光纤进行拉伸，得到直径为微米级别的光纤锥；优选采用熔融拉锥法，进一步优选采用氢气火焰对光纤进行加热熔融；
23、s2、对所述光纤锥进行涂层修饰；干燥；
24、s3、再用空气升华法将bpea微米线晶体垂直生长在步骤s2得到的所述光纤锥上，形成波导结构，得到所述光纤气流传感器。
25、基于在光纤锥上集成的bpea微米线晶体需要垂直生长，并且要解决容易脱落的问题，在集成微米线之前需要用ps溶液对光纤锥进行涂层修饰。
26、具体地，所述步骤s2中将光纤锥放到制备好的聚苯乙烯溶液中浸泡。
27、优选地，所述ps溶液的浓度为2mg/ml～5mg/ml。例如，2mg/ml，2.5mg/ml，3mg/ml，3.5mg/ml，4mg/ml，4.5mg/ml，5mg/ml。
28、本专利技术采用聚苯乙烯溶液浸泡主要是考虑到二氯甲烷易挥发，能够很快成膜，加热ps膜能够融化，冷却ps膜能够很快再次成膜。通过浸泡能够在光纤锥上形成ps膜，ps膜的作用是给微米线晶体的生长提供支持力，使微米线晶体能够更好的光纤锥上生长。
29、在本专利技术的一个实施方式中，所述步骤s3包括：
30、将bpea粉末分散在玻璃瓶底部，加热至200～210℃，例如205℃，通过光纤夹将干燥后的所述光纤锥固定在瓶子内部，尖端距离粉末约为0.4～0.6cm，例如0.5cm，恒温加热一定时间后冷却，在所述光纤上生长有bpea微米线晶体，得到所述光纤气流传感器。
31、优选地，所述bpea粉末的质量为0.5～1mg；恒温加热生长的时间为15～25min，例如，bpea粉末的质量为0.5mg，恒温加热生长20min。
32、优选地，bpea微米线的长度为20～100μm；直径为1～4μm。
33、本专利技术还提供了一种所述测量微风速的光纤气流传感器的使用方法，包括：利用光纤的波导结构激发bpea微米线晶体发光，并对bpea微米线晶体的荧光发射进行采集；在气流中，bpea微米线晶体受到机械扰动，荧光光谱发生变化，从而通过光谱分析得到气流流速信息。
34、例如，将制备好的光纤气流传感器放置到阀门处，距离光纤传感器前端约1cm；使用半导体连续激光器(447nm)用来激发bpea微米线，bpea微米线产生的荧光通过光纤光谱仪来采集，在半导体激光器激发的作用下，当风吹过时，荧光光谱强度会发生明显变化。所述bpea微米线晶体的弯曲扰动会造成荧光光谱的变化，光纤气流传感器对微风速的测量是通过荧光光谱的变化实现的，风速增大，荧光强度减弱。例如，检验精密仪器的阀门时，在阀门紧闭时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量微风速的光纤气流传感器，其特征在于，所述光纤气流传感器包括光纤锥、包覆在所述光纤锥表面的聚苯乙烯修饰层以及与所述光纤锥垂直生长的BPEA微米线晶体。
2.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述光纤锥为石英包层多模光纤，所述光纤的孔径为0.22；纤芯为石英，直径为400μm；包层为含氟的石英玻璃，直径为440μm。
3.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述PS修饰层由PS和CH2Cl2制备的PS溶液组成。
4.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述BPEA微米线晶体在晶体内是按照π-π堆积的方式排布构成分子链的。
5.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述BPEA微米线晶体在机械力作用下能够呈约95°仍不发生断裂或折断，且机械力消失时能够恢复。
6.一种制备权利要求1至5中任一项所述测量微风速的光纤气流传感器的制备方法，其特征在于，包括对光纤进行拉锥，并在所述拉锥后的光纤上垂直生长BPEA微米线晶体，集成BPEA微米线晶体的波导结构，构建光纤-有机微米线
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
9.一种权利要求1至5中任一项所述测量微风速的光纤气流传感器的使用方法，其特征在于，包括：
10.权利要求1至5中任一项所述测量微风速的光纤气流传感器在漏气检测以及动物检测领域中的应用，尤其是在用于检验精密仪器的阀门是否漏气和检查濒死的小动物气息中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种测量微风速的光纤气流传感器，其特征在于，所述光纤气流传感器包括光纤锥、包覆在所述光纤锥表面的聚苯乙烯修饰层以及与所述光纤锥垂直生长的bpea微米线晶体。
2.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述光纤锥为石英包层多模光纤，所述光纤的孔径为0.22；纤芯为石英，直径为400μm；包层为含氟的石英玻璃，直径为440μm。
3.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述ps修饰层由ps和ch2cl2制备的ps溶液组成。
4.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述bpea微米线晶体在晶体内是按照π-π堆积的方式排布构成分子链的。
5.根据权利要求1所述的光纤气流传感器，其特征在于，所述bpea微米线晶体在机械力作用下能够呈约95°仍不发生断...
【专利技术属性】
技术研发人员：张闯，王玲，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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