[发明专利]基于悬挂芯光纤的在线气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线光纤气体传感器，尤其是一种基于悬挂芯光纤结构的在线倏逝 波气体传感器。

背景技术

气体传感器已用于对各种有害、有毒及易燃易爆气体的探测，具体涉及大气污染和 工业废气监测以及对食品和环境质量的检测等领域。应用最广泛的是利用气体对光谱的 吸收原理建立起来的吸收型气体传感器。当覆盖被检测气体吸收光谱的光通过气体时， 被吸收光的能量遵循朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：

I＝I₀exp(-αC·l)           (1)

式中I₀和I，分别为入射光通过被测气体前后的光强；α为气体吸收系数；C为气体 浓度；l为气体吸收层厚度。

根据(1)式可得到气体浓度C的表达式：

C=1α·lln(I0I)---(2)]]>

传统的光纤气体传感器信号收集部分一般都是由大量分立元件构成，包括气室装置， 反射镜、凸透镜、自聚焦透镜等光学元件，系统设计复杂，能量衰减大、安装调试要求 高，需要光路保持准直等特殊要求。尤其是占用体积大、难实现仪器的微型化。如文献 1[王玉田，郭廷蓥，王莉田，侯培国，差分吸收式光纤甲烷传感器的研究，传感器技术， 2000，19(5)]及文献2[张英，王海容，高鲜妮，蒋庄德红外吸收式光纤甲烷气体传感 系统的研究，压电与声光，2008，30(2)]。倏逝场型光纤气体传感器以光纤纤芯为传 感单元，但纤芯直径一般较小，所以强度差。一般传感部位的长度与灵敏度呈线性关系， 而纤芯的过度裸漏又会增加其脆性，所以裸漏纤芯的长度成为限制灵敏度的关键因素。 同时光纤裸漏部位又必须置于样品室或者套管内进行保护，所以增加了传感器的体积。 如果通过增加光纤直径的方式提高传感部位的强度，则会降低仪器的灵敏度，因为倏逝 场光纤气体传感器的灵敏度主要取决于倏逝场能量占总能量的比例，比例越高，灵敏度 也就越高。由此可见，简化样品吸收池或传感部位设计是光纤气体传感器得以集成化、 稳定化、微型化、实用化的技术关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、体积小、传感面积大的基于悬挂芯光纤的在 线气体传感器。

本发明的目的是这样实现的：

包括光源、耦合连接器、光纤分光耦合器、浓度监测电路、锁相放大器、光电二极； 三根普通光纤经耦合连接器耦合连接，光源发出的光经过一普通光纤后被分光器分成两 路，其中一束光通过与第一光纤分光耦合器耦合的第一标准光纤进入第一悬挂光纤的纤 芯，并与第一悬挂光纤的孔道内的气体相互作用，然后进入第一光电二极管；另一束光 为参考光，经与第二光纤分光耦合器耦合的第二标准光纤进入第二悬挂光纤的纤芯后进 入第二光电二极管；两个光电二极管产生的电信号进入锁相放大器进行放大，最后经过 检测电路进行浓度分析。

本发明还可以包括：

1、所述的光纤由标准光纤和与标准光纤耦合的悬挂芯光纤构成；所述的悬挂光纤的 纤芯与包层间具有一条孔道，孔道的形状为圆形或者“D”形，纤芯的折射率高于包层的 折射率，纤芯紧贴悬挂于孔道内壁或部分嵌于包层内，在整个悬挂光纤长度范围内的包 层上带有裸露结构。

2、所述的裸露结构是在包层上开有侧抛口的连续分布结构。

3、所述的裸露结构是在包层上间隔开有微孔的点分布结构。

4、在悬挂芯光纤的纤芯表面有气体敏感层。

5、悬挂光纤的纤芯嵌入光纤包层的面积小于纤芯表面积的20％。