CN102023132A - 一种基于空芯光纤的气敏吸收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于气敏检测技术领域，涉及一种基于空心光纤的气敏吸收装置。其是利用空芯光纤的中空特性，在使光线约束在光纤内部传输的同时，被测气体也可以通过空芯光纤内部，空芯光纤既作为光传输装置(光波导)又作为光吸收装置(吸收池)。其实现过程为气体通过前后端封头流过空芯光纤，光信号透过前端封头进入空芯光纤，在空芯光纤中传播并与被测气体相互作用实现吸收，出射光经锥形耦合器导入尾纤，并传导至光敏检测元件，最终通过光强变化可实现气体含量的检测。本发明具有传输波长范围宽、传输效率高的优点。应用本装置代替传统光谱仪中气室吸收装置可降低对光源的要求，降低机械加工要求，提升光谱仪的检测性能。

Description

一种基于空芯光纤的气敏吸收装置

技术领域

本发明属于气敏检测技术领域，具体涉及一种基于空心光纤的气敏吸收装置。该装置可取代传统光谱仪中的样品吸收装置，改善吸收装置的性能，降低仪器对光源的要求，并降低加工要求。

背景技术

在气体分析领域，对氨气、碳氢化合物、一氧化碳等气体的检测在环境控制、石油、化工、矿业、建筑材料、冶金等领域具有重要意义。在气体分析仪器中，光谱仪器由于其精度高、稳定性好、使用寿命长等优点，在气体分析领域发挥着越来越重要的作用。传统光谱仪气体吸收装置采用气室装置，这种装置加工精度要求高、抗震性能差，严重限制了光谱仪走出实验室，在生产和生活中的应用。

传统光谱仪由光源、光路系统、吸收装置、传感和电路系统、计算软件等部分构成。随着电子技术、化学计量学等技术的发展，光谱仪器的光源、光路系统、传感和电路系统、计算软件等部分都得到了较快发展。而吸收装置从光谱仪问世至今一直采用气室吸收装置，这种装置对光源的平行性、光路精度要求非常高。气室装置要求入射光经气室传播后出射方向直接对准敏感元件，在光传播过程中与被测物质相互作用。这类检测系统增加光程的方法通常是在气室中增加反射镜[如文献Long Optical Paths of Large Aperture(MAY，1942/VOLUME 32/J.O.S.A)中提到的White结构，及文献Multipass V-shaped system with a large relative aperture：stages of development(1 December 1995/vol.34，No.34/APPLIED OPTICS)中提到的V型结构。这些气室装置通过入射光多次通过气室达到了较高的检测精度，但是其机械加工精度要求、光源平行性要求及价格同样是非常高的，因此这类检测系统的仪器大多只能应用于高端实验室及专业检测单位。采用单次通过的吸收装置，光程短，很难达到高的检测精度。

目前人们研究使用的光谱吸收装置主要存在以下问题：(1)装置机械精度要求高，稍有偏差将对检测结果造成非常大的误差。(2)抗振性能差，对环境要求高。(3)对光源平行性要求高。(4)需要专业人员对其进行定期维护、校准。

发明内容

本发明针对现有光谱仪器吸收装置存在的上述问题，设计了一种基于空芯光纤的气敏吸收装置。用这种装置可取代传统光谱仪中的样品吸收装置，改善吸收装置的性能，降低仪器对光源的要求，并降低加工要求。

这种装置利用空芯光纤的中空特性，在光线约束在光纤内部传输的同时，被测气体也可以通过空芯光纤内部，空芯光纤既作为光传输装置(光波导)又作为光吸收装置(吸收池)。本发明的实现过程为气体通过前后端封头流过空芯光纤，光信号透过前端封头进入空芯光纤，在空芯光纤中传播并与被测气体相互作用实现吸收，出射光经一段锥形光波导导入尾纤，并传导至光敏检测元件。最后，通过对光强变化的测量可实现对气体含量的检测。传统气体检测光谱仪增加检测光程的一个困难是，由于光源的发散效应和光的散射效应，光在传播一个较长的光程时光斑变大光强减弱。而采用空芯光纤结构可以用约束传播代替直线传播，降低光损耗并大大降低光源要求。特别是，应用该装置可以在使用非激光光源(如卤钨灯光源)的条件下，同样达到较大的光程。

本发明所述的基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，由前端封头(8)、空芯光纤(14)和后端封头(9)三部分组成，其是以空芯光纤(14)为核心部件，在空芯光纤(14)的前后两端套装有前端封头(8)和后端封头(9)。前端封头(8)、空芯光纤(14)和后端封头(9)共同构成了光、气两个通道。

前端封头(8)是一个由聚氨基甲酸酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等化学性质稳定的塑料或者合金制作成的沿轴具有中空孔道的柱体，在前端封头(8)内沿中空孔道依次安装或设置有第一石英片(10)、进气嘴(11)、第一微型气室(12)和第一空芯光纤孔(13)，第一石英片(10)垂直安装在前端封头(8)内中空孔道的前端，用于导入入射光信号并密封第一微型气室(12)，空芯光纤(14)的前端通过第一空芯光纤孔(13)由后向前安装在前端封头(8)内，在第一石英片(10)后面环绕空芯光纤(14)设置有第一微型气室(12)，第一微型气室(12)通过进气嘴(11)与外面的待测气源相通；

第一微型气室(12)用于缓冲被测气体，使气体均匀；进气嘴(11)侧开并固定于前端封头(8)上，可连接导气管用于导入被测气体；

第一空芯光纤孔(13)的孔直径略大于空芯光纤(14)的外径(+0.1～0.2mm)，空芯光纤(14)由第一空芯光纤孔(13)插入后以石蜡密封。第一石英片(10)与前端封头(8)间也以石蜡密封，从而保证整个装置的气密性。

后端封头(9)是一个由聚氨基甲酸酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等化学性质稳定的塑料或者合金制作成的沿轴具有中空孔道的柱体，后端封头(9)分为前后两个部分，前半部分内沿中空孔道安装或设置有第二空芯光纤孔(15)、第二微型气室(16)、出气嘴(17)、第二石英片(18)和螺纹(19)，后半部分沿中空孔道安装或设置有锥形耦合器(20)和尾纤孔道(21)。

空芯光纤(14)的后端通过第二空芯光纤孔(15)由前向后安装在后端封头(9)的前半部分内，尾纤(5)通过尾纤孔道(21)由后向前安装在后端封头(9)的后半部分内；在空芯光纤(14)的后端环绕设置有第二微型气室(16)，用于缓冲气体；在第二微型气室(16)上设置有出气嘴(17)，出气嘴(17)侧开并固定于后端封头(9)上，可连接导气管用于导出被测气体；在第二微型气室(16)的后面设置有第二石英片(18)，用于透过出射光信号并密封第二微型气室(16)，防止气体泄漏。

后端封头(9)的前半部分和后半部分通过螺纹(19)安装在一起。锥形耦合器(20)位于第二石英片(18)的后面，将空芯光纤(14)的出射光耦合成一个较小的光斑尺寸后进入尾纤(5)内，然后经尾纤(5)将光信号传导至检测元件。

第二空芯光纤孔(15)的直径为略大于空芯光纤(14)的外径(+0.1～0.2mm)，空芯光纤(14)插入后以石蜡密封；第二石英片(18)与后端封头(9)间也以石蜡密封，从而保证整个装置的气密性。

根据实际要求，入射光可以是0.5～40μm范围内的单色光或复合光。入射光垂直于第一石英片(10)沿前端封头(8)的轴向入射，透过第一石英片(10)后进入空芯光纤(14)，空芯光纤(14)与入射光的传播方向平行。被测气体从进气嘴(11)导入第一微型气室(12)，再经第一微型气室(12)缓冲后进入空芯光纤(14)。

空芯光纤(14)可以是银膜空芯光纤，也可以是银/碘化银或银/硫化镉/硫化铅多层膜结构的空芯光纤，内部空心直径为2.5mm。空芯光纤(14)连接于前端封头(8)和后端封头(9)之间，用于导光和通过气体。本发明中使用的空芯光纤(14)为大孔径空芯光纤，其优点是光传播损失小，气体流通速度快，便于系统换气。空芯光纤(14)的前端面紧贴第一石英片(10)并制成锯齿型，从而在空芯光纤(14)和第一石英片(10)之间形成一定的缝隙，使气体能够进入空芯光纤(14)内。空芯光纤(14)的后端面紧贴第二石英片(18)并制成锯齿型使气体能够流出空芯光纤(14)进入第二微型气室(16)，再由出气嘴(17)排出。入射光信号耦合后经第一石英片(10)进行空芯光纤(14)，耦合后的光斑直径约为1mm，远小于空芯光纤(14)内径2.5mm，使入射光透过第一石英片(10)后可全部进入光纤(14)内部，在光纤内部传播。

从空芯光纤(14)出射的光信号透过第二石英片(18)进入锥形耦合器(20)，出射光在锥形耦合器(20)内经多次反射后变成直径0.6mm的光斑进入尾纤(5)。锥形耦合器(20)前端紧贴第二石英片(18)，后端与插入的尾纤(5)相连。尾纤(5)从尾纤孔道(21)插入，内径为1mm，略大于锥形耦合器(20)出射光斑的直径(0.6mm)。光信号进入尾纤(5)后，经传导到达光电检测元件，完成检测。

锥形耦合器(20)的应用是将大孔径空芯光纤应用于实际检测的关键技术。众所周知，从光纤出射的光为一束非平行光，用透镜耦合方法很难得到理想的耦合效率。大孔径空芯光纤具有比小孔径空芯光纤损耗低，便于空芯中气体流动的优点。但是由于大孔径空芯光纤内径较大，它的出射光束比小孔径空芯光纤发散度更大，因此利用透镜耦合时耦合效率更低。本发明采用锥形耦合器(20)为耦合手段，利用空芯光纤的传光机理让光信号经多次反射后从一个小孔出射，完成了与透镜耦合相同的效果。该锥形耦合器(20)为圆锥加圆柱的铅笔尖型结构，该基底可采用聚乙烯(PE)等聚合物采用模具热成型法制成。在基底内表面上依次镀制Ag/CdS/PbS薄膜，具有与空芯光纤类似的传光性质和大入口小出口的特点。

本发明的优点是：

(1)该装置结构简单，机械精度要求低；

(2)使用空芯光纤提高了有效光程；

(3)使用大孔径空芯光纤，提高了光传输效率和气体接触效率；

(4)用锥形耦合器代替透镜耦合，增强了空芯光纤出射光的耦合效率；

(5)该装置对光源要求低，可使用卤钨灯或LED作为光源；

(6)由空芯光纤传输光信号，大幅度提高了仪器的抗振性能。

附图说明

图1、光谱仪结构示意图；

图2、本发明所述的基于空芯光纤的气敏吸收装置结构示意图；

图3、对比实验装置结构框图；

图4、传感器放大滤波电路。

图中数字表示：1、光源，2、可调单色器，3、耦合器，4、吸收装置，5、尾纤，6、光敏检测模块，7、二次仪器或单片机系统；

8、前端封头，9、后端封头，10、第一石英片，11、进气嘴，12、第一微型气室，13、第一空芯光纤孔，14、空芯光纤，15、第二空芯光纤孔，16、第二微型气室，17、出气嘴，18、第二石英片，19、螺纹，20、锥形耦合器，21、尾纤孔道，22、尾纤螺纹；

23、光斩波器，24、开放气室。

具体实施方式

下面结合实例对发明的具体实施方式做进一步说明，以本发明的空芯光纤近红外吸收装置为核心元件，搭配不同的光路电路组合可以构成不同检测仪器，或用本发明装置取代现有仪器中的吸收池单元，改进仪器性能。

实施例1：空芯光纤气敏吸收装置的构成实例

本发明所述基于空芯光纤的气敏吸收装置(4)具有结构简单，精度要求低的特点。本实施例中两端封头8、9采用数控车床完成加工，装置核心部件空芯光纤采用自制空芯光纤。

前端封头(8)加工采用数控车床，基材使用聚氨基甲酸酯塑料(PU)，也可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等化学性质稳定的塑料或者合金。选用直径为16mm的聚氨基甲酸酯塑料(PU)棒，长度截取20mm。沿中轴钻孔形成第一空芯光纤孔(13)、第一微型气室(12)以及第一石英片(10)卡孔。空芯光纤孔(13)孔直径为4.2mm(本实例空芯光纤外径为4mm)，孔沿前端封头(8)轴向穿透塑料棒；第一微型气室(12)，直径8.4mm，沿轴向长度为6mm；第一石英片(10)卡孔，孔直径12.5mm，沿轴向长度为1mm。在距离前端封头(8)的前端面5mm处，于前端封头(8)侧面垂直钻孔，钻孔直径2mm，进气嘴(11)密封固定于该钻孔内。第一石英片(10)为直径12mm，厚度1mm的圆形石英片，将第一石英片密封并固定于第一石英片(10)卡孔内。

空芯光纤(14)可以实验室制作。其内部薄膜可以采用银膜或者多层膜结构。实验室制作的方法为以玻璃管或塑料管为基材，采用液相生长法制作空芯光纤。该方法已经被国内外许多科学工作者采用[例如Croitoru，J.dror，and I.Gannot 等人发表的Characterization of hollow fibers for the transmission of infrared radiation(20 April 1990/vol.29，No.12/APPLIED OPTICS)；Veena Gopal and James A.Harrington等人发表的Deposition and characterization of metal sulfide dielectric coatings for hollow glass waveguides(1 December 2003/Vol.11，No.24/OPTICS EXPRESS)]。这些制作方法已经非常成熟，并且国内也生产出了专用空芯光纤制作仪器(如国内已公开专利《水平旋转式银/碘化银空芯光纤镀膜装置》，授权号CN2563590Y)。我们参考这些方法，确定了以玻璃管为基底，用银氨溶液作为镀液，酒石酸钾钠作为还原液镀制银膜；分别以硝酸镉、硝酸铅为镀液，尿硫基(SC(NH₂)₂)为还原液镀制硫化镉和硫化铅薄膜的制作方案，制作了空芯光纤，其内径为2.5mm，外径为4mm，长度分别为20cm、30cm和50cm，该空芯光纤内部薄膜采用Ag/CdS/PbS结构，光传输效率可以达到在800-2500nm波段最大损耗小于1.5dB/m。

锥形耦合器(20)基底材料使用聚乙烯塑料(PE)，采用模具注射成型法制成。基底形状为铅笔尖型，圆锥体长度30mm，圆柱体长度20mm。圆锥体小口端内径0.8mm，外径1.1mm；大口端内径6mm，外径7.5mm。圆柱体内径6mm，外径7.5mm。在基底内表面采用液相化学法依次镀制Ag/CdS/PbS薄膜，生长方法与空芯光纤制作相同。

后端封头(9)的基材也使用聚氨基甲酸酯塑料(PU)棒，同时也可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等化学性质稳定的塑料或者合金。后端封头(9)分为前后两个部分，前半部分用于校准光传输方向，并完成气体输送；后半部分用于处理光信号，将光信号导入尾纤(5)。前半部分的加工相应选取一段直径16mm、长度30mm的聚氨基甲酸酯塑料(PU)棒，沿中轴依次钻孔形成第二空芯光纤孔(15)、第二微型气室(16)、第二石英片(18)卡孔、螺纹(19)。第二空芯光纤孔(15)，孔直径为4.2mm(本实例空芯光纤外径为4mm)，孔穿透塑料棒；第二微型气室(16)，直径8.4mm，沿轴向长度6mm；第二石英片(18)卡孔，孔直径12.5mm，沿轴向长度1mm；螺纹(19)，孔径M14，底孔12.5mm，牙距2mm，螺纹长度10mm。在距离后端封头(9)的前端面15mm处，在后端封头(9)侧面垂直钻孔，钻孔直径2mm，出气嘴(17)密封固定于该钻孔内。第二石英片(18)为直径12mm，厚度1mm的圆形石英片，将第二石英片密封并固定于第二石英片(18)卡孔内。后端封头(9)的后半部分选取一段直径16mm、长45mm的聚氨基甲酸酯塑料(PU)棒，沿中轴钻孔形成尾纤孔，孔径3.2mm，深度20mm；从另一端钻孔形成锥形耦合器(20)卡孔，孔径7.5mm(与锥形耦合器外径相同)，深度30mm(此时尾纤孔道仅保留15mm深度)。在锥形耦合器(20)端外刻M14螺纹，底粗14mm，牙距2mm，螺纹长度10mm；在尾纤孔端外刻1/4-36螺纹，螺纹长度6mm，用于连接尾纤接头。将锥形耦合器(20)卡放在孔道中，锥形耦合器(20)小孔端进入尾纤孔道(21)5mm，大孔端与聚氨基甲酸酯塑料(PU)棒端面平齐，多余部分裁掉。后端封头(9)前后两部分用螺纹(19)拧紧后，锥形耦合器(20)与第二石英片(18)之间、与尾纤(5)之间的缝隙均小于0.5mm，从而防止光信号泄漏。锥形耦合器(20)大孔端内径大于空芯光纤(14)内径(本实例空芯光纤内径2.5mm)，便于收集光信号；小孔端内径小于尾纤(5)内径(本实例尾纤内径

1mm)。根据选用空芯光纤(14)和尾纤(5)的不同锥形耦合器(20)大孔和小孔的可以采用不同的尺寸。

实施例2：本发明装置取代气室吸收装置实例

采用空芯光纤气敏吸收装置(4)取代开放式气室可提高光传输效率，增加检测光程，降低光谱检测方法对光源的要求。我们采用对比实验装置检测了空芯光纤气敏吸收装置(4)取代开放式吸收气室的光传输效果。

实验装置如图3所示，光路结构包括光源(1)、单色器(2)、光斩波器(23)、耦合器(3)、空芯光纤气敏吸收装置(4)、尾纤(5)、光敏元件(6)、放大电路(7)。对比光路包括光源(1)、单色器(2)、光斩波器(23)、耦合器(3)、开放式吸收气室(24)、光敏元件(6)、放大电路(7)。

实验装置中光源(1)，一般可用卤钨灯，也可使用发光二极管或黑体辐射光源。本实例采用的是长春市第五光学仪器厂生产的WG-1A溴钨灯光源。光源自带准直系统，出射一束平行光。该光源具有可调光阑，准直系统和直流稳压电源，波长范围350nm～2500nm。发光功率为5瓦、30瓦可选。

单色器(2)可以是光栅单色器、色散单色器、迈克尔逊干涉仪等，只要其可调范围在近红外范围内即可。它的作用是将复合光调节为波长可知的单色光，根据设计要求可选用不同波长精度的单色器。本实例采用的单色器为北京金康泽光学仪器有限公司生产的M1006S型近红外单色仪，可调波长范围800-1600nm，波长准确度3nm，波长重复性1.5nm。

光斩波器(23)的作用是对光学信号进行调制，将光辐射信号调制成交变信号。本实例使用上海瞬渺光电技术有限公司的RS-540型光斩波器。其斩波范围为4Hz～400Hz，频率稳定性250ppm/℃，相位抖动0.2°，输入控制电压0～10VDC。该实例中我们调节斩波频率为5Hz。

耦合器(3)可以是透镜组耦合器，也可以是其它光学组件。它的作用是将单色器出射的光耦合进入空芯光纤。本实例采用透镜耦合法，耦合焦距6cm。

空芯光纤近红外吸收装置(4)即为本发明所述装置。它的作用是即作为样品吸收池，又作为光传输元件。本实例中空芯光纤(14)长度为20cm和50cm。

尾纤(5)采用可见近红外光纤，它的作用是将光传导至光敏元件(6)并使光敏元件(6)与空芯光纤气敏吸收装置(4)分离，达到保护检测元件(6)的目的。该段尾纤(5)采用实心光纤，本实例采用海洋光学生产的QP1000-2-VIS-NIR光纤，该光纤纤芯直径1mm，传输范围400nm～2100nm，接头采用SMA905标准接头。本实例中采用的尾纤长度为0.5米。

光敏元件(6)可以是任意一种光敏检测元件，它的作用是将光信号转变为电信号。本实例使用的检测元件为PYD-1120热释电红外探测器，工作波长0.3～4μm，工作温度-20～40℃，接收面积Φ2mm²。

放大电路(7)的作用是将探测器输出的微弱信号放大为可以被测量的信号，同时滤除杂波干扰，如图4所示。本实例采用二级放大、滤波电路对输出信号进行放大。前置放大器采用斩波自稳零放大器ICL7650，放大倍数100倍。一级滤波采用巴特沃斯低通滤波器，去除主要高频噪声和工频干扰。二级放大采用高精度放大器OP37将信号进一步放大。信号放大后我们采用程控滤波芯片max260对信号进行带通滤波，取出被测信号。电路中我们增加了多处隔直、去噪声等辅助电路，提高电路性能。

本实例的目的是比较空芯光纤气敏吸收装置(4)取代开放式吸收气室的效果，即对比他们相同条件下输出能量的大小。将光信号转变为电信号后能量大小由交流信号的幅峰值表示，故输出直接显示交流信号的幅值。

在空芯光纤装置的对比实验装置中，光源(1)、单色器(2)、光斩波器(23)、光敏元件(6)、放大电路(7)均采用相同的装置。单色器(1)出射的光经进光孔穿过石英片进入吸收气室(24)，穿过吸收气室(24)后直接照射到光敏元件(6)上。吸收气室(24)光程设计为单词通过型气室，光程为20cm。由于光源的发散性，经过一段光程程后，光斑变大，照射到光敏元件上的有效光少，所以气室装置对光源的利用率低。本实例中进入气室光斑直径4mm，出射光斑直径11mm。

我们分别采用上述开放式气室、空芯光纤进行了对比实验，所得对比实验数据如下表所示。

表1、采用溴钨灯光源比较气室和空芯光纤装置在近红外波段的传输效果

从上表可以看出空芯光纤气敏吸收装置(4)能有效降低由于光源发散引起的光损耗，对增加有效光程，提高光源利用率有重要作用。它可以在一个较宽的波长范围内实现光有效传输，有利于实现多种气体检测。

实施例3：空芯光纤气敏吸收装置的应用

空芯光纤气敏吸收装置(4)具有加工简单、光源利用率高、传输范围宽的特点，该装置可直接取代现有仪器中气敏吸收装置构成新的仪器。利用空芯光纤气敏吸收装置(4)与光源(1)、检测器(6)、数据处理(7)等系统可方便的构架各种类型的气体检测仪器。

如图1、2所示，空芯光纤气敏吸收装置(4)与溴钨灯光源(1)、可调单色器(2)、耦合透镜(3)、InGaAs检测器(6)，上位机系统(7)组成一个近红外检测系统。溴钨灯光源(1)发出的光入射到可调单色器(2)，经单色化之后，单色光由耦合器(3)耦合至本发明装置的空芯光纤(14)中。单色光与被测气体相互作用产生吸收，吸收强度与被测气体的浓度有关。带有被测气体信息的单色光经由尾纤(5)传导照射到InGaAs检测器(6)上，InGaAs检测器(6)将光信号转变为电信号。调节单色器(2)，可得到不同波长处的吸收光谱，这些数据由数据采集卡采集并将信号送到上位计算机进行计算。

如图3所示，空芯光纤气敏吸收装置(4)与溴钨灯光源(1)、可调单色器(2)、光斩波器(23)、耦合器(3)、热释电检测模块(6)、单片机系统(7)构成一个近红外检测系统。与InGaAs检测器系统相比，溴钨灯光源(1)、单色器(2)、耦合器(3)采用同样的结构。在单色器(2)后增加一个光斩波器(23)单元，将单色光调制为频率为5Hz的定频光；将检测元件(6)更换为热释电传感器，并增加相应的放大电路检测电路。该方法采用热释电传感器作为检测元件，它具有响应范围宽，在探测范围内对不同波长的响应程度一致的优点，在很大的检测范围内不需要更换检测元件。

实际应用中也可以在现有仪器的基础上做少量改动，用本装置代替现有仪器的吸收气室，改进仪器性能。

在空芯光纤气敏吸收装置(4)制作中，可以将空芯光纤制成盘旋结构，将空芯光纤气敏吸收装置(4)占用空间缩小。将本发明中气体流通系统该为液体流通系统，还可将本发明装置延伸至液体检测领域。

Claims (9)

1.一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其由前端封头(8)、空芯光纤(14)和后端封头(9)三部分组成，其特征在于：

其是以空芯光纤(14)为核心部件，在空芯光纤(14)的前后两端套装有前端封头(8)和后端封头(9)，前端封头(8)、空芯光纤(14)和后端封头(9)共同构成了光、气两个通道；

前端封头(8)是一个由聚氨基甲酸酯PU、聚四氟乙烯PTFE或聚乙烯PE制作成的沿轴具有中空孔道的柱体，在前端封头(8)内沿中空孔道依次安装或设置有第一石英片(10)、进气嘴(11)、第一微型气室(12)和第一空芯光纤孔(13)，第一石英片(10)垂直安装在前端封头(8)内中空孔道的前端，用于导入入射光信号并密封第一微型气室(12)，空芯光纤(14)的前端通过第一空芯光纤孔(13)由后向前安装在前端封头(8)内，在第一石英片(10)后面环绕空芯光纤(14)设置有第一微型气室(12)，第一微型气室(12)通过进气嘴(11)与外面的待测气源相通；

后端封头(9)是一个由聚氨基甲酸酯PU、聚四氟乙烯PTFE或聚乙烯PE制作成的沿轴具有中空孔道的柱体，后端封头(9)分为前后两个部分，前半部分内沿中空孔道安装或设置有第二空芯光纤孔(15)、第二微型气室(16)、出气嘴(17)、第二石英片(18)和螺纹(19)，后半部分沿中空孔道安装或设置有锥形耦合器(20)和尾纤孔道(21)；

空芯光纤(14)的后端通过第二空芯光纤孔(15)由前向后安装在后端封头(9)的前半部分内，尾纤(5)通过尾纤孔道(21)由后向前安装在后端封头(9)的后半部分内；在空芯光纤(14)的后端环绕设置有第二微型气室(16)；第二微型气室(16)通过出气嘴(17)导出被测气体；在第二微型气室(16)的后面设置有第二石英片(18)，用于透过出射光信号并密封第二微型气室(16)；

后端封头(9)的前半部分和后半部分通过螺纹(19)安装在一起；锥形耦合器(20)位于第二石英片(18)的后面，将空芯光纤(14)的出射光耦合成一个较小的光斑尺寸后进入尾纤(5)内，然后经尾纤(5)将光信号传导至光电检测元件。

2.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：空芯光纤(14)是银膜大孔径空芯光纤、银/碘化银多层膜结构的大孔径空芯光纤或银/硫化镉/硫化铅多层膜结构的大孔径空芯光纤。

3.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：空芯光纤(14)的前端面紧贴第一石英片(10)并制成锯齿型；空芯光纤(14)的后端面紧贴第二石英片(18)并制成锯齿型。

4.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：入射光信号耦合后经第一石英片(10)进行空芯光纤(14)，耦合后的光斑直径远小于空芯光纤(14)内径。

5.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：进气嘴(11)侧开并固定于前端封头(8)上，出气嘴(17)侧开并固定于后端封头(9)上。

6.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：第一空芯光纤孔(13)的孔直径略大于空芯光纤(14)的外径，空芯光纤(14)由第一空芯光纤孔(13)插入后以石蜡密封，第一石英片(10)与前端封头(8)间也以石蜡密封；第二空芯光纤孔(15)的孔直径略大于空芯光纤(14)的外径，空芯光纤(14)插入后以石蜡密封，第二石英片(18)与后端封头(9)间也以石蜡密封。

7.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：锥形耦合器(20)为圆锥加圆柱的铅笔尖型结构，具有大入口和小出口，是在聚乙烯PE材料内表面上依次镀制Ag/CdS/PbS薄膜制成。

8.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：尾纤(5)内径略大于锥形耦合器(20)小出口的直径。

9.如权利要求1所述的一种基于空心光纤的气敏吸收装置(4)，其特征在于：入射光是0.5～40μm范围内的单色光或复合光。

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