[发明专利]一种干涉型气体传感器及其工作方法

权利要求书

1.一种干涉型气体传感器，其特征在于，包括光源(1)、光纤(2)、测量臂(3)、参考臂(4)和光探测器(5)；所述光源(1)分别通过光纤(2)连接测量臂(3)和参考臂(4)一端，测量臂(3)和参考臂(4)另一端则分别通过光纤(2)连接光探测器(5)；

所述测量臂(3)和参考臂(4)从内到外由同轴的纤芯(6)、二维石墨烯膜层(7)、三维石墨烯膜层(8)以及腔体组成；所述测量臂(3)的腔体由内外表面为网状结构使得气体分子能够自由穿过的筒状结构(10)以及包覆在筒状结构(10)内表面的测量臂分子交换膜(9-1)组成，所述参考臂(4)的腔体由内外表面为网状结构使得气体分子能够自由穿过的筒状结构(10)以及包覆在筒状结构(10)内表面的参考臂分子交换膜(9-2)组成；所述测量臂分子交换膜(9-1)上有大小相同的小孔，能够使直径小于等于被测气体的气体分子进入，即所测量气体能够进入测量臂(3)，从而光在传播介质中的折射率改变导致相位发生变化，所述参考臂分子交换膜(9-2)上有大小相同的小孔，只能使直径小于被测气体的气体分子进入，即被测气体不能进入参考臂(4)，直径小于被测气体的气体分子的进入导致了参考臂(4)中光的相位发生变化，进入了测量臂(3)和参考臂(4)的光的相位由于所进入气体分子的折射率以及数量的不同，而产生了不同的变化，而这两束光的相位差则是由被测气体的浓度所导致的；两束光分别通过光纤(2)传出，通过耦合器形成相干光进入光探测器(5)，光探测器(5)探测到光强的变化后，推算出被测气体浓度的变化。

2.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述测量臂(3)和参考臂(4)为可拆卸型，根据被测气体不同更换具有不同分子交换膜的测量臂和参考臂。

3.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述光源(1)采用激光光源，其功率为1mW-100mW。

4.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述光纤(2)为石英光纤、掺氟光纤、红外光纤、复合光纤、氟氯化物光纤、塑包光纤或塑料光纤，光纤(2)直径为8μm-10μm，光纤(2)传输的波长范围为0.38μm-2.1μm。

5.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述二维石墨烯膜层(7)的厚度为0.5nm-10nm。

6.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述三维石墨烯膜层(8)的厚度为0.5μm-3μm。

7.根据权利要求1所述的一种干涉型气体传感器，其特征在于，所述光探测器(5)的响应波长范围为0.38μm-2.1μm。