CN105510277A - 一种光纤甲烷传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种光纤甲烷传感器，用来监测甲烷气体浓度的变化。所述光纤甲烷传感器包括：接口和传感元件；其中，所述传感元件由单模光纤、多模光纤、传感光纤、甲烷敏感光纤和金属反射膜组成，所述单模光纤、多模光纤和传感光纤依次连接，所述甲烷敏感膜覆在传感光纤的包层上，所述金属反射膜位于传感光纤的一端，所述接口位于单模光纤的一端。

Description

一种光纤甲烷传感器
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤甲烷传感器。
背景技术
甲烷在自然界的分布很广，是天然气、沼气等的主要成分，俗称瓦斯。但是甲烷达到一定浓度可以使人窒息,且属于易燃易爆气体，甲烷爆炸还极易引起煤尘爆炸。因此,为了预防事故的发生，最大限度地减少人员伤亡事故，必须在相关场所安置可以实时、快速检测甲烷气体浓度的设备。
在现有检测甲烷气体浓度的设备中，光纤甲烷传感器因为光纤本身的一些性质被广泛使用。例如，光纤传输信息时能量损耗很小，便于远距离遥测气体的浓度；而且光纤材料性能稳定，信号不受电磁场干扰，因此在高温、高压、低温、强腐蚀等恶劣环境下性能改变很小。
上述光纤甲烷传感器的测试原理是：待测甲烷气体与在光纤中传输的光会发生相互作用，随着待测甲烷气体的浓度或性质发生变化，甲烷气体与在光纤中传输的光之间的相互作用也会发生改变，光纤甲烷传感器通过测试这种变化，从而来获得当前时刻甲烷气体的浓度或性质的具体变化。
在光纤甲烷传感器中，基于模式干涉反射结构的光纤传感器被广泛关注，该传感器主要利用光的干涉和反射原理测试甲烷气体浓度和性质的变化。虽然对基于模式干涉反射结构的光纤甲烷传感器的理论研究有很多，但在实际应用中，这种基于模式干涉反射结构的光纤甲烷传感器的产品的种类却很少。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种光纤甲烷传感器，该光纤甲烷传感器主要基于模式干涉反射结构制备的传感器，用于检测甲烷气体浓度的变化。
本申请采用以下技术方案：一种光纤甲烷传感器，所述光纤甲烷传感器具体包括：
接口和传感元件；其中，
所述传感元件由单模光纤、多模光纤、传感光纤、甲烷敏感光纤和金属反射膜组成，所述单模光纤、多模光纤和传感光纤依次连接，所述甲烷敏感膜覆在传感光纤的包层上，所述金属反射膜位于传感光纤的一端，所述接口位于单模光纤的一端。
优选地，所述单模光纤的纤芯的直径为8～10μm,包层直径为125μm。
优选地，所述多模光纤的纤芯的直径为50～100μm，包层直径为125μm。
优选地，所述传感光纤的纤芯直径为8～10μm,包层直径为125μm。
优选地，所述甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，厚度为0.5～0.6μm。
优选地，所述接口是指接收光源发射的光的接口，所述光源为LED、LD或ASE宽带光源。
优选地，所述光源为LED光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为50μm，对应的包层直径为125μm，长度为0.3μm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为5cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜为金膜。
优选地，所述光源为LD光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为70μm，对应的包层直径为125μm，长度为1mm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为6cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜为银膜。
优选地，所述光源为ASE宽带光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为100μm，对应的包层直径为125μm，长度为2mm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为7cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.6μm；金属反射膜为银膜。
优选地，所述光纤甲烷传感器选用光源的波段包括以下至少一种：
常规波段；长波段；初始波段；扩展波段。
应用本申请实施例提供的光纤甲烷传感器，当甲烷气体的浓度发生变化时，传感器中的光的干涉波的波谷或波峰发生移动，从而确定甲烷气体的浓度，根据甲烷浓度的变化，及时采取相应的安全措施。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例1提供的一种光纤甲烷传感器的具体结构示意图：
101：接口；102：单模光纤；103：多模光纤；104：传感光纤；105：甲烷敏感膜；106：金属反射膜。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
本申请实施例提供了一种光纤甲烷传感器，用于监测甲烷气体浓度的变化。该传感器的具体结构示意图如图1所示，包括下述元件：
接口和传感元件；其中，
所述传感元件由单模光纤102、多模光纤103、传感光纤104、甲烷敏感光纤105和金属反射膜106组成，所述单模光纤102、多模光纤103和传感光纤104依次连接，所述甲烷敏感膜105覆在传感光纤104的包层上，所述金属反射膜106位于传感光纤104的一端，所述接口101位于单模光纤102的一端。
上述光纤甲烷传感器具体的工作流程为：光源发射的光通过接口101进入单模光纤102，单模光纤102只可以传输同种模式的光，即同种波长的光；通过单模光纤102的同波长的光在多模光纤103中发生干涉，形成干涉波；甲烷敏感膜105的作用是探测甲烷气体的浓度，然后根据甲烷浓度的变化改变传感光纤104的折射率，从而改变光纤中光的干涉波，传感器根据干涉波的变化推测出甲烷气体浓度的变化，具体是指：当该光纤甲烷传感器所处环境中的甲烷气体发生变化时，甲烷敏感膜105探测到甲烷气体的浓度发生变化后，改变传感光纤104的折射率，从而改变光纤中光的干涉波的波峰或波谷的位置，这时传感器根据波峰或波谷的位置的变化，推测出此时甲烷气体浓度的变化；金属反射膜106的作用是将光源的光进行反射，即对光源的光进行回收利用，节约能源，这里的金属反射膜106可以为金、银、铝、铜等，根据具体的应用环境进行选择。
本申请实施例中的光纤甲烷传感器根据光源的不同，可以调节传感器中的参数，从而使得传感器做到的实时、准确的探测到甲烷气体浓度的变化，这里的光源可以是LED光源、LD光源、ASE宽带光源等，不做具体限定。
具体的，当光源选为LED光源时，单模光纤102的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤103的纤芯的直径为50μm，对应的包层直径为125μm，长度为0.3μm；传感光纤104的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为5cm；甲烷敏感膜105为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜106可以为金膜。
具体的，当光源选为LD光源时，单模光纤102的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤103的纤芯的直径为70μm，对应的包层直径为125μm，长度为1mm；传感光纤104的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为6cm；甲烷敏感膜105为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜106可以为银膜。
具体的，当光源选为ASE宽带光源时，单模光纤102的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤103的纤芯的直径为100μm，对应的包层直径为125μm，长度为2mm；传感光纤104的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为7cm；甲烷敏感膜105为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.6μm；金属反射膜106可以为银膜。
上述光源可以选用常规(C)波段、长(L)波段、初始(O)波段或者扩展(E)波段的光源，其中，常规(C)波段为1530～1565nm,长(L)波段为1565～1625nm,初始(O)波段为1260～1360nm,扩展(E)波段为1360～1460nm。且上述光纤甲烷传感器中的甲烷敏感膜的长度和厚度可以根据实际需要进行调整。
应用本申请实施例中光纤甲烷传感器监测甲烷气体的浓度，获得的有益效果为：因为光纤本身的性质，使得本申请实施例中的光纤甲烷传感器具有抗高温、抗低温、抗高压、抗电磁干扰和抗腐蚀等特性；另外，该光纤甲烷传感器可以进行远距离监测，并且可以减少能源的消耗。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤甲烷传感器，其特征在于，所述光纤甲烷传感器包括：
接口和传感元件；其中，
所述传感元件由单模光纤、多模光纤、传感光纤、甲烷敏感光纤和金属反射膜组成，所述单模光纤、多模光纤和传感光纤依次连接，所述甲烷敏感膜覆在传感光纤的包层上，所述金属反射膜位于传感光纤的一端，所述接口位于单模光纤的一端。
2.根据权利要求1所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述单模光纤的纤芯的直径为8～10μm,包层直径为125μm。
3.根据权利要求2所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述多模光纤的纤芯的直径为50～100μm，包层直径为125μm。
4.根据权利要求1所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述传感光纤的纤芯直径为8～10μm,包层直径为125μm。
5.根据权利要求1所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，厚度为0.5～0.6μm。
6.根据权利要求1所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述接口是指接收光源发射的光的接口，所述光源为LED、LD或ASE宽带光源。
7.根据权利要求6所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述光源为LED光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为50μm，对应的包层直径为125μm，长度为0.3μm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为5cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜为金膜。
8.根据权利要求6所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述光源为LD光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为70μm，对应的包层直径为125μm，长度为1mm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为6cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.5μm；金属反射膜为银膜。
9.根据权利要求6所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述光源为ASE宽带光源时，所述光纤甲烷传感器中的单模光纤的纤芯直径为8μm，对应的包层直径为125μm；多模光纤的纤芯的直径为100μm，对应的包层直径为125μm，长度为2mm；传感光纤的纤芯的直径为8μm，对应的包层直径为125μm，长度为7cm；甲烷敏感膜为含笼形超分子的甲烷敏感膜，对应的厚度为0.6μm；金属反射膜为银膜。
10.根据权利要求6所述的光纤甲烷传感器，其特征在于，所述光纤甲烷传感器选用光源的波段包括以下至少一种：
常规波段；长波段；初始波段；扩展波段。
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