CN211697472U - 一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型co2传感器 - Google Patents
一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型co2传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光纤拉锥的马赫‑曾德干涉仪型CO2传感器，其特征在于：该传感器由单模光纤构成，且单模光纤内部有一空气腔，在加热状态下对光纤进行拉锥，使得空气腔轴向长度增加且腔壁变薄，其侧面涂覆有CO2敏感材料四乙基五胺改性的介孔二氧化硅涂层。应用时，将传感器置于待测CO2浓度的空气中，利用光纤光谱分析仪观测其透射光谱中谐振波谷中心波长的漂移量解调出待测气体中CO2的浓度。本实用新型具有制作成本低、结构紧凑且灵敏度高等优点，可应用于气体中CO2浓度的高精度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器。
背景技术
随着社会的发展，CO2的排放越来越多，所以对CO2的检测和控制愈来愈重要。CO2传感器是将CO2的量转换成可测量量的传感器，它已经被广泛地应用在农业、工业和日常生活等领域。对于一个理想的CO2传感器来说它应该具有高的灵敏度、长期稳定性、响应时间短、成本低廉及能在宽的CO2浓度范围内工作等优势。
按照制作原理通常可将CO2传感器分为如下两大类：固态电解质和红外原理传感器。第一类传感器是利用气体在通过气敏材料时产生离子，形成电动势，测量电动势的大小从而测量气体浓度；第二类传感器是根据CO2的变化会引起媒介层性质的变化，进而使光传播性质(吸收、反射系数、频率等)变化而制作的传感器，研究比较多的主要有光纤CO2传感器和红外CO2传感器。
光纤传感器在许多领域有着广泛的应用。传统的固态电解质传感器，存在着响应时间过长，不能在温度变化大的环境下工作等缺点；而红外传感器又因为结构复杂，材料等问题十分昂贵。相较于电子式传感器与红外传感器，光纤传感器响应时间短，不易受到温度变化的干扰，且本质安全(即阻燃、防爆)，体积小，结构简单，制作成本低。
发明内容
为了解决以上现有技术的不足，本实用新型提出一种基于光纤拉锥的马赫- 曾德干涉仪型CO2传感器，具有灵敏度高、制作成本低、结构紧凑且坚固等优点。
本实用新型所采用的技术方案：一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型 CO2传感器，其特征在于：单模光纤内部有一空气腔，在加热状态下对光纤进行拉锥处理，使得空气腔沿光纤轴向的长度增加且腔壁变薄，所得到的空气腔沿轴向长度为50-500μm，沿径向宽度为10-50μm，锥腰处的腔壁厚为3-10μm，含空气腔的这段双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA 改性的介孔二氧化硅涂层MSF，其厚度为3-10μm。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本传感器只使用了常见的单模光纤，不会发生色散，质量可靠，传输距离远，且制作成本低，结构简单。
2、本实用新型中拉锥之后空气腔壁变得极薄，增强了光在腔壁中传输时倏逝场与外界物质间的相互作用,从而显著提高了光纤的灵敏度及响应速度,使得光纤传感器的尺寸更紧凑。
3、本传感器基于马赫-曾德干涉仪原理，结构简单、信号解调方便。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1所示为本实用新型的结构示意图
图中：1.单模光纤1，2.四乙基五胺改性的介孔二氧化硅涂层，3.空气腔，4.单模光纤2。
具体实施方式
图1为本实用新型的结构示意图，双锥形单模光纤内部含有一空气腔，其轴向长度为50-500μm，径向宽度为20-50μm，锥腰处的腔壁厚为3-10μm，且在双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA改性的介孔二氧化硅涂层MSF，且厚度为3-10μm。应用时，将该传感器置于待测CO2浓度的空气中，单模光纤1连接近红外宽带光源，其波长范围部分或全部覆盖1500nm- 1600nm，单模光纤2连接光纤光谱仪，其响应波长范围覆盖采用的近红外宽带光源波长范围。近红外宽带光源发出的光耦合进单模光纤1，在其纤芯中传输，到达空气腔时分为两束光，一束沿空气腔壁传输，另一束光穿透空气腔向前直线传输，这两束光经空气腔后再次汇合并耦合进单模光纤2，在单模光纤2的纤芯中继续传输，直至输入给光纤光谱仪。由于两束光传输介质不同，经空气腔后耦合进单模光纤2时存在一定的相位差，从而产生马赫-曾德干涉。光纤光谱仪采集输入光得到该传感器的透射光谱。传感器表面的四乙基五胺改性的介孔二氧化硅涂层吸收CO2导致涂层的折射率发生变化，进而引起在空气腔壁中传输的光的传输常数发生变化，从而传感器透射光谱中的谐振波谷中心波长发生漂移。该波长漂移量可由光谱仪直接测量获得。将传感器置于不同CO2浓度的空气中，测量获得一系列波长漂移量，从而建立CO2浓度与谐振波谷中心波长漂移量间的函数关系，即实现对传感器的定标。将定标后的传感器置于待测CO2浓度的空气中，测量其透射光谱中谐振波谷中心波长的漂移量，根据定标函数关系即可反演待测气体中CO2的浓度。
Claims (3)
1.一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器，其特征在于：单模光纤锥形部分内部有一空气腔，在加热状态下对光纤进行拉锥，使得空气腔沿光纤轴向的长度增加且腔壁变薄，含空气腔的这段双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料四乙基五胺TEPA改性的介孔二氧化硅涂层MSF。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器，其特征在于：空气腔沿轴向长度为50-500μm，沿径向宽度为10-50μm，锥腰处的腔壁厚为3-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤拉锥的马赫-曾德干涉仪型CO2传感器，其特征在于：含空气腔的这段双锥形单模光纤的侧面涂覆有CO2气体敏感材料，其厚度为3-10μm。
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| CN (1) | CN211697472U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113916831A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-01-11 | 西安邮电大学 | 基于微锥型长周期光栅的co2气体浓度检测方法 |
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2019
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| CN113916831A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-01-11 | 西安邮电大学 | 基于微锥型长周期光栅的co2气体浓度检测方法 |
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