[发明专利]光纤耦合污染物传感器及污染物浓度测量方法

说明书

本发明公开了光纤耦合污染物传感器及污染物浓度测量方法，涉及污染物检测领域，光纤耦合污染物传感器包括两根光纤，光纤的中部耦合为锥腰耦合区，锥腰耦合区的包层覆盖有气敏材料，锥腰耦合区的光纤设置有光栅；方法包括S1传感器吸附污染物S2采集传感器透射光谱S3根据透射光谱确定传感器吸附后的折射率S4确定吸附后折射率与污染物浓度关系S5根据吸附后折射率与污染物浓度关系得到检测区污染物浓度；传感器具有传感灵敏度高、结构简单、成本低廉、体积小、重量轻、易于集成等优点；通过对透射光谱进分析得到吸附后折射率与透射光谱关系，吸附后折射率与污染物浓度关系，最终得到未知污染物浓度检测区的污染物浓度，从而实现对污染物浓度的监测。

技术领域

本发明涉及污染物检测领域，尤其涉及一种光纤耦合污染物传感器及污染物浓度测量方法。

背景技术

光纤耦合器是一种实现光信号分配与传输的传感器件，广泛运用于信号传输领域，随着光纤加工工艺不断提升，其光纤锥腰直径达到微米量级，称其为微纳光纤耦合器，与传统光纤耦合器相比，微纳光纤耦合器有着灵敏度高、结构简单、成本低、抗电磁干扰能力强等特点，从而被广泛运用，在日常生活中，漂浮在空气中的气溶胶粒子很容易被吸入并沉积在支气管和肺部，粒子越小，越容易通过呼吸道进入肺部，其中粒径小于1μm的粒子可直达肺泡内。进入肺部的粒子，由于其本身的毒性(如H₂SO₄液滴、PbO和PbBr等)或携带有毒物质(如烟炱吸附的SO₂等多种有毒气体)会造成对人体的危害，因此，环境安全以及环境污染物的检测显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种光纤耦合污染物传感器及污染物浓度测量方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

光纤耦合污染物传感器，包括两根光纤，两根光纤的中部耦合为锥腰耦合区，两根光纤的光能量入射端为锥型输入端，两根光纤的光能量输出端分别为直通臂锥型输出端和耦合臂锥型输出端，锥腰耦合区的包层覆盖有气敏材料，锥腰耦合区的光纤吸附污染物后的折射率范围为1.16-1.19，锥腰耦合区的光纤有光栅设计。

污染物浓度测量方法，用于使用上述光纤耦合污染物传感器来对污染物浓度进行测量的方法，包括以下步骤：

S1、将光纤耦合污染物传感器置于已知污染物浓度的检测区吸附污染物；

S2、采集光纤耦合污染物传感器吸附污染物后的透射光谱；

S3、根据透射光谱确定光纤耦合污染物传感器吸附污染物后的折射率；

S4、根据得到光纤耦合污染物传感器吸附污染物后的折射率确定吸附污染物后的折射率与污染物浓度之间的关系；

S5、将光纤耦合污染物传感器置于未知污染物浓度的检测区吸附污染物，根据吸附污染物后的折射率与污染物浓度之间的关系得到未知污染物浓度的检测区的污染物浓度。

本发明的有益效果在于：通过对光纤耦合污染物传感器中两根光纤的中部覆盖气敏材料，并优化光纤的长度等具体结构，使本发明的光纤耦合污染物传感器具有传感灵敏度高、结构简单、成本低廉、运用广泛、体积小、重量轻、易于集成等优点；通过将本发明的光纤耦合污染物传感器置于已知污染物浓度的检测区内，采集光纤耦合污染物传感器吸附污染物之后的透射光谱，并通过Rsoft软件beamprop模块对其进行分析得到吸附污染物后的折射率与透射光谱波峰移动量之间的关系，从而得到吸附污染物后的折射率与污染物浓度之间的关系，最终得到未知污染物浓度检测区的污染物浓度，从而实现对污染物浓度的监测。

附图说明

图1是本发明光纤耦合污染物传感器中两根光纤的结构示意图；

图2是本发明光纤耦合器污染物传感器中锥腰耦合区纤芯光栅设计示意图；