[发明专利]一种干涉型气体传感器及其工作方法

说明书

本发明公开一种光学干涉型气体传感器及其工作方法，该传感器包括光源、光纤、测量臂、参考臂和光探测器；测量臂分子交换膜能够使直径小于等于被测气体的气体分子进入，参考臂分子交换膜只能使直径小于被测气体的气体分子进入，进入了测量臂和参考臂的光的相位由于所进入气体分子的折射率以及气体分子数量的不同，而产生了不同的变化，而这两束光的相位差反映了被测气体和参考气体的浓度差，光探测器探测到光强的变化后，推算出被测气体浓度的变化；由于本发明气体传感器采用的是光的干涉原理，光学干涉的分辨率在纳米级，因此其灵敏度将会得到极大的提升，并且该传感器的参考臂是可拆卸型，可根据所需要检测的气体进行相应参考臂的更换。

技术领域

本发明属于气体探测技术领域，具体涉及一种干涉型气体传感器及其工作方法。

背景技术

气体传感器是能把某种气体浓度转换成电信号的装置，其最重要的核心是气敏元件。近年来，对于有害气体检测的气体传感器越来越受到人们的重视。但是，这些气体传感器对于气体的灵敏度并不是很高，只能对一些浓度变化较大的气体进行检测，并且这些传感器对气体的选择性比较单一，往往一种传感器只能测量一种特定的气体，因此，需要一种灵敏度更高并且可以测量不同气体种类的传感器，可对多种气体的浓度进行准确的测量。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种干涉型气体传感器及其工作方法，由于该传感器采用的是光的干涉原理，因此其灵敏度将会得到极大的提升，并且该传感器的参考臂和测量臂是可拆卸型，可根据所需要检测的气体进行相应参考臂和测量臂的更换。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种干涉型气体传感器，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。

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。

所述光源1采用激光光源，其功率为1mW-100mW。

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。

所述二维石墨烯膜层7的厚度为0.5nm-10nm。

所述三维石墨烯膜层8的厚度为0.5μm-3μm。

所述光探测器5的响应波长范围为0.38μm-2.1μm。

所述测量臂3和参考臂4的制备方法如下：

所述测量臂3的制备方法包括如下步骤：