[发明专利]超长光吸收作用距离的光纤化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感分析物质成份的装置以及制备该装置的方法，主要应用 于有光谱吸收的液体或气体里痕量物质的检测。

背景技术

应用光吸收原理分析物质成份是常用方法。由于不同分子化学结构不 同，会对不同波长的光产生较强的光吸收，特定的分子对应特定的吸收波长，通 过检测特定波长光吸收程度，就可判断该种分子的量的多少。用光吸收的方法测 量液体或气体中某物质的含量，不仅与其浓度有关，还与光在其中通过的路程有 关。一般来说，浓度越低则测量要求的光程越长。在分析气体成份的光谱仪器中， 为避免仪器尺寸过大通常设计光路使光波多次反射来增加光程，这会带来光学元 件多、结构复杂、成本高、稳定性差等问题。

在传光型光纤气敏传感器中，输入光纤将光传输至气室，经过气室的光波进 入输出光纤，由于光纤很细和光的发散，所以输入光纤的出光端和输出光纤的入 光端之间的距离不能太大，这样一来，光在气体中吸收的有效距离就很小，即使 在输入光纤的出光端装准直透镜并在输出光纤的入光端装会聚透镜，也不能将两 端距离拉得很大，否则会影响稳定性。不仅如此，由于光学元件表面接触液体会 失效，所以许多气体测量中增大光程的方法在液体中不能应用。

在本征型光纤倏逝波传感器中，光纤既是传光介质也是感应介质，光波在光 纤传感头中不需要射出光纤经过待测介质后再射入光纤，而是在光纤中连续传 输，稳定性可靠性大大提高。光纤中去包层部分形成对待测介质的感应区，光波 能量以倏逝波的形式透入到待测介质，待测介质的光吸收使光纤内传输的光能不 断减少。这种传感方式由于不需要特殊的化学膜因而是普适的，只要待测介质有 特征光吸收，就可作相应测量，而且响应速度快、稳定性好。显然，去包层部分 的光纤越长，周围介质的光吸收引起光纤传输光损失就越明显。但一般来说，光 纤中的高阶模容易受接触介质影响，而低阶模受影响较小。所以传感光纤长度增 加到一定值后高阶模基本损耗完了，继续增加传感光纤长度效果越来越不明显， 也即后续增加的传感光纤对传感器灵敏度的贡献越来越小。而另一方面，去包层 光纤十分容易折断。简单增加传感光纤长度不能有效提高光吸收作用距离，却使 探头保护更加困难、使用更不方便，因此人们认为合适的探头长度应在数厘米之 内。

然而，如果能够增强光纤内光波模式的扰动，不断有能量从低阶模转移到高 阶模，并且能够解决探头保护问题，则增加传感光纤长度是很有意义的。毕竟目 前还没有适合液体的大幅度提高光吸收作用距离的有效方法，如果增加光纤长度 仍能有效感应待测介质的吸收，则超长结构的光纤传感探头会大大提高探测灵敏 度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，旨在提供一种具有超长光吸收作用 距离的光纤化学传感器。

解决上述问题采用的技术方案是：超长光吸收作用距离的光纤化学传感器， 包括支架和光纤，其特征在于所述的光纤绕制在所述的支架上，所述的光纤包括 相间设置的去包层段和未去包层段，其中未去包层段与支架接触，而去包层段与 支架不接触；所述的支架包括两块平行设置的平板和一对半圆筒，所述的一对半 圆筒两端设置在所述的两平板上，开口相向并保持一定的间距；所述的光纤绕制 在该对半圆筒上，其中未去包层段与半圆筒接触，去包层段垂置在该对半圆筒之 间。