[发明专利]基于氧化石墨烯/乙酸纤维素的长周期光纤光栅NH3气体传感器

权利要求书

1.一种基于氧化石墨烯/乙酸纤维素功能化的长周期光纤光栅NH₃气体传感器，其特征在于，包括输入光纤、长周期光纤光栅探头和输出光纤，长周期光栅探头的一端与输入光纤连接，另一端与输出光纤连接；

所述光纤探头上涂覆有氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜，该复合膜在氧化石墨烯与乙酸纤维素物理共混时形成分子间氢键。

2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纤维素功能化的长周期光纤光栅NH₃气体传感器，其特征在于，输入光纤和输出光纤均为单模传导光纤。

3.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纤维素的长周期光纤光栅NH₃气体传感器，其特征在于，所述氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜采用物理共混法制备，配置的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯原液与水的体积比为0.1%-10%，氧化石墨烯与乙酸纤维素质量比例为0.5%-10%。

4.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纤维素的长周期光纤光栅NH₃气体传感器，其特征在于，所述长周期光纤光栅探头包括多组不同周期的光栅，不同周期光栅的栅区侧面镀有不同厚度的氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜。

5.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纤维素功能化的长周期光纤光栅NH₃气体传感器，其特征在于，长周期光纤光栅探头的光栅周期为100-550μm。

6.一种长周期光纤光栅探头的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：

将长周期光纤光栅置于无水乙醇中用超声波进行多次清洗；

用脱脂棉蘸无水乙醇将长周期光栅的包层表面擦拭干净并晾干；

将尾纤两端切割形成平整光滑的端面；

采用物理共混法制备氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜，氧化石墨烯与乙酸纤维素物理共混时形成分子间氢键；

将氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜涂覆在光纤光栅的栅区侧面。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，采用物理共混法制备氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜时，配置的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯原液与水的体积比为0.1%-10%，氧化石墨烯与乙酸纤维素质量比例为0.5%-10%。

8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，具体采用提拉法将氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜涂覆在光纤光栅的栅区侧面。

9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，长周期光纤光栅的周期为100-550μm。

10.一种用于测量NH₃气体浓度的传感系统，其特征在于，包括光源、长周期光纤光栅传感器、信号接收与处理单元；

所述长周期光纤光栅传感器为权利要求1-5中任一项所述的基于氧化石墨烯/乙酸纤维素功能化的长周期光纤光栅NH₃气体传感器；

该长周期光纤光栅传感器的输出光纤与信号接收与处理单元连接，该长周期光纤光栅传感器置于NH₃气体环境中；

信号接收及处理单元包括依次连接的光谱仪、计算机；

从光源发出的光经由输入光纤进入长周期光纤光栅探头中，光栅侧面涂覆的氧化石墨烯/乙酸纤维素复合膜吸附NH₃分子，传感信号发生改变，并通过输出光纤传导进入信号接收与处理单元，信号接收与处理单元采集透射光信息，通过计算得到NH₃气体浓度。