[发明专利]基于光纤倏逝场的挥发性有机物检测装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机物检测领域，尤其涉及一种基于光纤倏逝场的挥发性有机化合物检测装置及其制造方法。 

背景技术

目前大气污染日益严重，其中挥发性有机化合物(VOCs)是一类重要的大气污染物，具有毒性，刺激性，以及致癌性，不仅会造成环境污染，也会严重损害人体健康。挥发性有机化合物主要包括苯系物、有机氯化物、有机酮、醇、胺、醚等，其中苯系物已经被确定为致癌物质。1984年，挥发性有机化合物就被世界卫生组织列出，并引起广泛的关注。近两年来我国北方地区的灰霾天气越来越严重，国家也越来越重视空气中的挥发性有机化合物污染问题，并出台了相关法律法规，严格控制挥发性有机化合物排放，防治环境污染，保障生态安全和人体健康。由于挥发性有机化合物对人体健康的影响与其浓度有直接关系，在许多领域，如化工产业、环境保护、医药、食品安全等，建立灵敏快速、简单可靠的方法检测挥发性有机化合物浓度非常必要，对环境保护和安全生产具有重要意义。 

气相色谱和质谱分析可以测定有机物浓度，结果可靠准确，但存在着操作繁琐、耗时长、价格昂贵等问题，仅适宜实验室使用，不适合作业现场的实时连续检测。目前，市场上出现的商业便携式挥发性有机化合物探测器基本都是依据光离子化检测原理，此原理可以检测极低浓度的挥发性有机化合物，但是紫外灯发出的能量决定了它所能测定的物质种类是有限的，微弱信号检测电路的设计是硬件电路设计中的一大难点，同时价格也比较昂贵。 

挥发性有机化合物光纤传感器具有许多优异的新颖特性，如体积小，重量 轻，低损耗，远距离传感，分布传感，多路传感，免电磁干扰，在线监测、环保耐用等，有望克服上述挥发性有机化合物气体传感器的缺点和不足，近年来引起人们越来越多的广泛研究和关注。根据光与气体的相互作用可以把挥发性有机化合物光纤传感分成两类：一类是纤芯模场传感，另一类是倏逝场传感。对于纤芯模场传感，通常是采用标准通信单模光纤(SMF)，将光纤端面切平并镀上化学敏感膜，通过敏感膜的折射率改变来获得不同的反射信号实现气体传感，但这种方式的传感区域是尺寸很小的纤芯，灵敏度受到限制。 

而长周期光纤光栅(LPFG)的周期一般为几十或几百微米，具有制作工艺简单，体积小，插入损耗低，无后向反射等特点，在光通信和光纤传感领域受到人们的重视和研究，特别在传感领域。LPFG是同向传输的纤芯基模和各阶包层模之间的耦合。包层模对外界环境的折射率变化敏感，不同的气体和浓度会导致包层折射率和光栅周期的改变，从而引起LPFG的谐振波长和幅值的改变来实现气体传感。但传统单模光纤LPFG的挥发性有机化合物传感器是通过在光纤的包层外镀聚合物敏感薄膜材料吸附挥发性有机化合物目标物来实现的，镀膜这种方式依赖于薄膜对气体分子的吸收，只能对单一的特定挥发性有机化合物气体进行检测，不能实现挥发性有机化合物总量检测。而且由于大部分聚合物薄膜的折射率大于光纤包层的折射率，薄膜的厚度比较厚就会导致LPFG的共振峰减弱甚至消失，所以要求聚合物膜的厚度严格控制在纳米量级，这样对薄膜的性能（折射率和厚度）和制备条件要求都比较高。而且传感器的性能如灵敏度、检测下限都需要进一步提高。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于光纤倏逝场的挥发性有机化合物检测装置及其制造方法，实现通过让空气中的挥发性有机化合物与光纤倏逝场直接作用的方式对空气中的挥发性有机化合物进行检测。 

本发明提供了一种基于光纤倏逝场的挥发性有机化合物检测装置，包括： 

单模光纤、连接在所述单模光纤两端的宽带光源和光谱仪； 

所述单模光纤上具有一拉锥区，所述拉锥区设置有长周期光纤光栅； 

所述拉锥区固定在一气室内，所述气室用于通入待检测气体； 

所述光谱仪根据所述宽带光源通过所述气室前后的波长及幅值的变化情况判断所述待检测气体中挥发性有机化合物浓度。 

进一步地，所述宽带光源为自发辐射光源。 

本发明还提供了另一种基于光纤倏逝场的挥发性有机化合物检测装置，包括： 

光子晶体光纤，其两端分别熔接有第一单模光纤和第二单模光纤； 

所述第一单模光纤连接宽带光源，所述第二单模光纤连接光谱仪； 

所述光子晶体光纤上具有一拉锥区，所述拉锥区设置有长周期光纤光栅； 

所述拉锥区固定在一气室内，所述气室用于通入待检测气体； 

所述光谱仪根据所述宽带光源通过所述气室前后的波长及幅值的变化情况判断所述待检测气体中挥发性有机化合物的浓度。 

进一步地，所述宽带光源为自发辐射光源。