[发明专利]一种单波长红外光纤气体传感器

权利要求书

1.一种单波长红外光纤气体传感器，包括光源单元、传感检测单元和检测采集单元，其特征在于，所述的光源单元由单波长窄带光源和光源控制器组成，所述的单波长窄带光源与所述的光源控制器相连，所述的传感检测单元由传感气室、气体传感通路和光纤传感元件组成，所述的传感气室与所述的气体传感通路相通，所述的光纤传感元件的输入端与所述的单波长窄带光源相连，所述的光纤传感元件为硫系玻璃光纤，所述的硫系玻璃光纤的结构包括纤芯和设置在纤芯外侧的涂覆层，所述的硫系玻璃光纤的中部设有传感区域，所述的传感区域的涂覆层被去除，所述的传感区域为平板光纤结构，所述的平板光纤结构的上表面等间隔设置有多个第一凹槽，所述的平板光纤结构的下表面等间隔设置有多个第二凹槽，所述的多个第一凹槽与所述的多个第二凹槽上下一一对应，所述的传感区域的表面包覆有氧化石墨烯涂层，所述的传感区域置于所述的传感气室内，所述的检测采集单元由光强探测器和数据采集分析装置组成，所述的光强探测器的输入端与所述的光纤传感元件的输出端相连，所述的光强探测器的输出端与所述的数据采集分析装置相连，所述的数据采集分析装置用于分析所述的光强探测器传输的传感信号，分别得到空气背景下测得的空白光谱S1和不同气体浓度下收集到的传感光谱S2，通过空白光谱S1除以传感光谱S2并对输出值取对数函数，以得到不同浓度下待测气体特定的红外吸收光谱关系图。

2.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的平板光纤结构通过热压制备得到。

3.根据权利要求2所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，制备所述的平板光纤结构采用的热压装置包括热压模具、加热装置、弹力夹持器、光纤夹持器和显微镜，所述的热压模具包括上模和下模，所述的上模的底部设有向下凸起的第一凸起部，所述的下模的顶部设有向上凸起的第二凸起部，所述的第一凸起部的下表面等间隔设置有多个第三凹槽，所述的第二凸起部的上表面等间隔设置有多个第四凹槽，所述的多个第三凹槽与所述的多个第四凹槽上下一一对应，所述的第一凸起部和所述的第二凸起部的两端分别设有过度区域，所述的第一凸起部和所述的第二凸起部用于上下压紧待热压的硫系玻璃光纤以得到平板光纤结构，所述的上模和所述的下模分别与所述的加热装置相连，所述的加热装置用于加热所述的上模和所述的下模，所述的弹力夹持器设于所述的上模和所述的下模的两端，所述的弹力夹持器用于上下夹紧所述的上模和所述的下模并加压，所述的光纤夹持器设于所述的上模和所述的下模的两侧，所述的光纤夹持器用于夹紧待热压的硫系玻璃光纤的两端，所述的显微镜设于所述的上模和所述的下模的一侧，所述的显微镜用于热压过程中平板光纤结构的厚度观察。

4.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的平板光纤结构的数量为一个或多个，多个所述的平板光纤结构沿所述的硫系玻璃光纤的长度方向间隔设置。

5.根据权利要求4所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，单个所述的平板光纤结构的厚度为100～110μm、长度为3～4cm；多个所述的平板光纤结构中相邻的两个平板光纤结构之间的间距为3～4cm，带有多个所述的平板光纤结构的传感区域的长度为15～20cm；所述的过度区域的长度为1～1.5cm，每个所述的平板光纤结构上的相邻的两个第一凹槽之间的距离为3～8μm。

6.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的氧化石墨烯涂层通过热压压在所述的平板光纤结构的表面，与所述的多个第一凹槽和所述的多个第二凹槽紧密贴合。

7.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的氧化石墨烯涂层的厚度为300～800nm。

8.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的单波长窄带光源的输出波长为4.23μm、4.60μm、5.20μm或6.14μm，带宽为160～200nm，总输出功率不低于100mW。

9.根据权利要求1所述的一种单波长红外光纤气体传感器，其特征在于，所述的硫系玻璃光纤为As₂S₃、As₂Se₃、Ge-As-Se或Ge-As-S硫系玻璃裸芯光纤，所述的硫系玻璃光纤的纤芯的直径为300～500μm。