[实用新型]一种用于气体或液体浓度检测的光子晶体光纤传感探头

说明书

技术领域

本实用新型属于气体或者液体浓度检测设备技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测气体或者液体浓度的光子晶体光纤传感探头。

背景技术

随着工业化发展的不断加快，大量的有害气体和液体不断产生，如果任其随意排放，将会对我们赖以生存的环境造成极大的破坏，进而严重危害人们的身体健康。因此，对于工厂产生的气体和液体是否有害，是否适合向外界排放，就需要一种有效的测试设备能够及时地对这些有害物质进行检测，以防止危害的发生。

光纤传感器由于有着传统传感器无法比拟的优势，一直以来在气体和液体的检测过程中扮演着非常重要的角色。而光子晶体光纤的出现则为弱吸收气体和液体高灵敏度检测提供了新的契机。

光纤传感器是一种光谱吸收型传感器，主要是利用待检测物质的特征吸收光谱，根据比尔-朗伯（Beer-Lambert）定律来计算待检测气体或者液体的浓度。众所周知，当光通过待检测物质时会发生衰减，假设I₀为没有通过待检测物质时的输出光强，以下称为入射光强；I为通过待检测物质后的输出光强，以下称为出射光强；则待检测气体或者液体的浓度C满足比尔-朗伯定律：

                      （1）。

其中，α为一定波长下待检测物质单位浓度和单位长度的吸收系数，当确定了待检测气体或者液体的种类以及相应的特征吸收波长时，该参数即为已知量；L为吸收光程长度，即光与待检测物质相互作用的长度，也就是光纤传感探头的光纤长度；将公式（1）变换可得：

                          （2）。

由上述可知，在α已知的情况下，待检测气体或者液体的浓度C可由入射和出射光强的变化量求得，这就是吸收型光纤传感器的基本工作原理。

现有的光纤传感器由于入射光强I₀和出射光强I的变化量较小，因此检测的灵敏度不高，精度较差，且存在光纤传感器系统装置复杂、吸收光程不易控制等问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全新的基于光子晶体光纤的传感探头，利用实芯光子晶体光纤的多孔特性，通过在光纤包层上开设缺口，增强倏逝场与待检测物质的相互作用，从而提高了待测气体或者液体的浓度检测精度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于气体或液体浓度检测的光子晶体光纤传感探头，包括一根实芯光子晶体光纤，在所述光纤中包含有纤芯，纤芯外周包覆有包层，包层外侧为涂覆层，在所述包层中设置有若干个空气孔；在所述光纤上沿纤芯所在轴线的两侧各开设有一个缺口，两个缺口分开间隔设置，且缺口的开设深度为到达接近纤芯外表面的位置处。

其中，在所述包层中还包含有固体介质，由所述固体介质和空气孔组成的包层的有效折射率比所述纤芯的有效折射率低。

进一步的，所述的两个缺口分设在光纤上沿纤芯所在轴线的相对两侧。

为了使倏逝场与待检测物质的相互作用增强，所述缺口优选通过对光纤沿缺口深度方向进行完全切割形成。即在开设所述缺口时，优选沿缺口深度方向对光纤进行完全切割，形成全缺口，使渗入到空气孔中的待检测物质增多，增大倏逝场能量。

进一步的，所述光纤的长度大于等于缺口长度的50倍。

优选的，所述光纤的长度在50cm至1m之间，所述缺口长度为1cm。

又进一步的，所述两个缺口之间的间隔距离优选为光纤长度的1/3至1/2。

为了使通过纤芯传输的光能够更多地透射到空气孔中，所述空气孔的横截面积最好大于纤芯的横截面积。

再进一步的，所述光纤的一端连接光源，另一端连接光电探测器或者光谱仪。

更进一步的，所述光源的类型应根据待测气体或者液体的特征吸收光谱确定，即使得待测气体或者液体在该光源所对应的波长附近能够具有较强的特征吸收光谱。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的光子晶体光纤传感探头可以对气体或者液体的浓度进行高精度检测，测试灵敏度高，并且实施起来比较简单可靠，不需要添加试剂，不会产生二次污染，响应速度快，并能在恶劣的海洋环境下长期可靠工作，设计体积小，应用环境灵活，适应性非常强。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的光子晶体光纤传感探头的光纤部分的结构示意图；

图2是图1的立体结构示意图；