[实用新型]一种基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪(Long period grating in photonic crystal fiber，PCF-LPG)的挥发性有机物传感器。 

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)是最常见的一类空气污染物，通常指的是沸点在50～250℃，在常温常压下可以形成蒸气的有机物，主要包括苯系物、有机氯化物、氟利昂系列、有机酮类、醇类、胺、醚以及酯类等。VOCs具有毒性、刺激性以及致癌性，会严重破坏环境和人体健康。因此，发展灵敏、快速、准确测定空气中VOCs含量的方法是非常必要的。 

在现有的检测方法中，由于光纤的独特优点，例如体积小，损耗低，适于远程检测等，基于光纤的挥发性有机物检测越来越受到人们的重视。基于光纤的挥发性有机物检测方法种类很多，最常见的是基于光谱分析的方法，对待测气体的特征吸收谱线进行检测分析得到待测气体浓度。这种检测方法灵敏度高，响应快，但是常需要特殊的光源来匹配不同种类待测气体的吸收谱范围，因此成本高，限制了其应用范围。基于光纤光栅的挥发性有机物检测也有所报道，待测气体作用于光纤光栅外部，通过影响光纤光栅的纤芯、包层有效折射率引起谐振波长的漂移。但是光栅的刻写会对光纤造成损害，难以长期使用。 

针对上述问题，我们提出了一种基于光子晶体光纤内嵌式干 涉仪的挥发性有机物传感器。这种传感器结构紧凑，可长期重复测量，便于微量监测，灵敏度高，同时具有光子晶体光纤抗温度干扰的特性，可以很好的实现不同种类挥发性有机物的检测。 

发明内容

本实用新型目的就是解决现有挥发性有机物传感技术中存在的检测成本高，难于实现长期重复测量和微量检测的问题，提供了一种结构紧凑、可长期重复测量、灵敏度高的基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪的挥发性有机物传感器。 

一种基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪实现挥发性有机物传感器，包括一个宽带光源、两根单模光纤、一段光子晶体光纤内嵌式干涉仪、一个套筒和一个光谱仪。将光子晶体光纤内嵌式干涉仪完全置于套筒内，将两根单模光纤分别从套筒两侧插入套筒内，与光子晶体光纤内嵌式干涉仪的端面接近但不发生接触，实现未熔接的光准直，两根单模光纤的另一端分别与宽带光源的输出端和光谱仪的输入端口光纤连接。 

所述的光子晶体光纤内嵌式干涉仪是利用二氧化碳激光器在光子晶体光纤上刻写两个完全相同的长周期光栅，两个长周期光栅的透光率均为3dB，中心波长一致，栅格中心间距为1～4cm； 

所述的套筒内径为126～127μm，套筒两端比光子晶体光纤内嵌式干涉仪长2～4cm，长出的部分经预处理有镂空的网状结构。 

本实用新型所具有的有益效果为： 

1.通过选择合适的栅格中心间距，在光子晶体光纤上刻写两个完全相同的透光率为3dB的长周期光栅制成内嵌式干涉仪，使得输出光为以长周期光纤光栅透射谱为包络的干涉光谱，干涉条纹对相位变化非常敏感，并且VOCs经过挥发并扩散进入光子晶体 光纤包层的空气孔后，对光子晶体光纤的芯模和包层模的有效折射率的作用更为直接，进一步增加测量灵敏度，因此本实用新型设计的传感器具有更高的灵敏度。此外，光子晶体光纤内嵌式干涉仪两端与两根单模光纤未熔接的光准直方式，可以使得VOCs分子易于排出，便于重复测量。 

2.光子晶体光纤内嵌式干涉仪具有光子晶体光纤对温度变化不敏感的特性，使得测量过程不受外界温度的影响，避免了温度对测量造成影响，提高测量精度。 

3.整个传感测量装置具有结构紧凑，可长期重复测量，便于微量监测，灵敏度高，可以很好的实现不同种类挥发性有机物的检测。 

附图说明

图1为本实用新型的结构图； 

图2为本实用新型传感部位的细节图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。 

如图1所示，一种基于光子晶体光纤内嵌式干涉仪实现挥发性有机物传感器，主要包括宽带光源1、两根单模光纤2、光子晶体光纤内嵌式干涉仪3、套筒4、光谱仪5。 

将光子晶体光纤内嵌式干涉仪3完全置于套筒4内，将两根单模光纤2分别从套筒4两侧插入套筒4内，与光子晶体光纤内嵌式干涉仪3的端面接近但不发生接触，实现未熔接的光准直，两根单模光纤2的另一端分别与宽带光源1的输出端和光谱仪5的输入端口光纤连接。 

利用该传感装置实现挥发性有机物传感测量的方法包括以下步 骤：