CN204855371U - 一种基于sms结构和沸石膜的挥发性有机物传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型供了一种基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器，包括光源装置、单模传输光纤、SMS结构、单模传输光纤以及光谱仪组成；其特征在于，所述光源装置的光信号通过所述传输光纤与所述SMS结构的输入端相连，所述SMS结构的输出端通过单模传输光纤与光谱仪相连；所述SMS结构由单模光纤、多模光纤以及单模光纤组成MZI(Mach-Zehnder？Interferometer)，其中多模光纤的长度在3cm-5cm之间；所述多模光纤上镀有沸石膜，沸石膜的厚度在8μm-15μm之间；光谱仪构成解调部分。外界挥发性有机物被沸石膜吸收，导致沸石膜折射率变化，进而造成有效折射率发生变化，通过测量波长的漂移，可以实现挥发性有机物气体的浓度。本实用新型灵敏度高、抗外界电磁干扰能力强，可以应用于各类实际工程中。

Description

一种基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器

技术领域

本实用新型提供了一种基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

SMS广泛应用于光纤通信与传感系统中，SMS光纤结构是一种基于多模光纤内模式干涉效应的光纤器件。利用这种光纤结构的光谱响应和环境响应特性可以制作诸如应变传感器、温度传感器、折射率传感器等多种新型的光纤器件，为光纤通信提供了一种全光纤解决方案，并因具有易封装、易于光纤器件连接等诸多优点而拥有巨大潜力，在光纤领域得到广泛应用。

膜技术作为一种新型的分离方法，具有高效、节能、设备简单等优点，已广泛应用于食品工业、生物化工、化学工业、能源工程和环保等领域。沸石膜是一种可以吸附挥发性有机物的膜，吸附挥发性有机物后，自身折射率会发生改变。利用这一特性，可以采用沸石膜生长技术在光纤侧面成膜。利用沸石膜材料对挥发性有机物的选择性吸收作用，实现对异丙醇有机污染物的传感。由于光纤本身对挥发性有机物不敏感，在光纤的外表面生长的沸石膜材料在有效吸收被测挥发物的同时，还要求沸石膜材料吸收挥发物后有较大的折射率变化或好的膨胀伸缩效果，从而引起光波波长的变化，实现光纤对挥发物变化的高敏感性。

发明内容

本实用新型的目的就是：为了解决用光纤传感器测量挥发性有机物的问题，提供了一种在SMS结构的侧面镀沸石膜的光纤传感器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：

基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器，包括光源装置、传输光纤、SMS结构以及光谱仪。

光源装置输出端通过传输光纤与SMS结构的输入端相连，该SMS结构的输出端通过传输光纤与光谱仪相连，SMS结构由单模光纤、多模光纤以及多模光纤组成，构成MZI(Mach-ZehnderInterferometer)，其中多模光纤的长度在3cm-5cm之间；多模光纤上镀有沸石膜，沸石膜厚度在8μm-15μm之间；光谱仪构成信号解调部分。

本实用新型的有益效果为：SMS结构技术成熟，应用广泛，工艺简单，易于实现，成本低廉。SMS结构结合沸石膜，可以用光纤传感器测挥发性有机物。总体结构简单，体积小。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器包括光源装置(1)、单模传输光纤(2)、SMS结构、单模传输光纤(8)以及光谱仪(9)。首先将单模光纤(3)的涂覆层剥掉，再将多模光纤(4)的涂覆层剥掉，用熔接机将单模光纤和多模光纤进行熔接，然后将多模光纤的另一头的涂覆层剥掉，和另一根多模光纤(7)进行熔接，要求中间的多模光纤的长度为3cm-5cm之间。最后将沸石膜(5)镀在多模光纤上。构成光纤挥发性有机物传感器。

本实用新型的系统工作方式为：光源装置发出的信号光，通过传输光纤进入传感光纤并沿纤芯传播，传感光纤放置在密闭气室(6)中，信号光在传感光纤中被SMS调制，最后由光谱仪接收。先定标某参考状态(一定被测气体浓度)下的波长的位置。当光束在多模光纤中传输时，多模光纤中的高阶本证模(LP_0m)被激励，不同模式在光纤中相互耦合。设多模光纤中不同的传到模式LP_0m和LP_0n(m，n是正整数)，其模之间的相位差为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}^{m,n}=\frac{2\mathrm{\π}(n_{\mathrm{eff}}^m-n_{\mathrm{eff}}^n)L}{\mathrm{\λ}}=\frac{2\mathrm{\π\Δ}{n}_{\mathrm{eff}}^{m,n}L}{\mathrm{\λ}},---\left(1\right)$

式中是导模LP_0m和LP_0n之间的等效折射率差，λ为自由空间光波长，L为多模光纤的长度，(1)式中两个相邻干涉极小的波长间隔为：

$\mathrm{\Δ\λ}\≈\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{eff}}^{m,n}L},---\left(2\right)$

从式(2)可以看出，当多模光纤的长度给定时，随着的变化，Δλ随之改变。由此，根据测出的波长漂移量，再和开始定标的量对比，就可以测得当前被测气体的浓度。

本实例中，光源装置的输出波长为1200nm-1650nm；光谱仪的工作波长覆盖范围为1200nm-1650nm，传输光纤用的是常规单模光纤(G.625)，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.14；传感光纤中的多模光纤用的是纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.20。

通过上述实例对本实用新型进行了揭示，但本实用新型的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的情况下，对以上各种结构所做的变形、替换均将落入本实用新型的权利要求范围内。

Claims (1)

1.一种基于SMS结构和沸石膜的挥发性有机物传感器，包括光源装置、单模传输光纤、SMS结构以及光谱仪，其特征在于：

光源装置输出端通过传输光纤与SMS结构的输入端相连，该SMS结构的输出端通过传输光纤与光谱仪相连；

SMS结构由单模光纤、多模光纤以及多模光纤组成，构成MZI(Mach-ZehnderInterferometer)，其中多模光纤的长度在3cm-5cm之间；多模光纤上镀有沸石膜，沸石膜厚度在8μm-15μm之间；光谱仪构成信号解调部分。