由微纳光纤11以及掺杂溶胶凝胶薄膜12组成，主要通过共混法和提拉法将混合物包覆在微纳光纤11表面以形成复合结构；
[0032]本实施例中，微纳光纤复合结构传感单元4直径为2μπι，.掺杂溶胶凝胶薄膜12厚度为150nmo
[0033]一种氧气传感装置及传感方法，依次包括以下步骤:
[0034]a).将普通单模光纤SMF-28放置在搭建的微纳光纤拉制平台上，利用加热源将光纤加热至1200°C，然后利用编制的程序对拉制平台进行控制，基于扫描法将普通单模光纤逐渐拉制成直径均匀性较细且较好的微纳光纤11，直径为2μπι，并进行初步封装。
[0035]b).将氯化三联吡啶钌仙((^)3(:12按照质量比1:1的比例溶于无水乙醇中，充分搅拌溶解，然后融入配制好的溶胶凝胶溶液中，保持温度在80°C，用磁力搅拌器搅拌lh，使Ru(dpp)3Cl2充分溶解于溶液当中，形成掺杂Ru(dpp)3Cl2溶液。分子之间不断发生缩聚反应产生掺杂的聚合物溶胶凝胶；
[0036]c).将初步封装的微纳光纤放在提拉镀膜机支架上，以提拉速度350mm/min对微纳光纤表面进行提拉镀膜，利用测试样片的透过率曲线对提拉镀膜的厚度进行计算，可得微纳光纤表面的膜层的厚度为150nm，放入密封柜中进行氨处理24h，然后对微纳光纤复合结构封装成微纳光纤复合结构传感单元；
[0037]d).将微纳光纤复合结构传感单元4连接至光路中；
[0038]e).将激光发生装置所发出的激光作为信号光，连接至2 X 2耦合器3，将激光发生装置所发出的光分成两路，一路作为信号光连接至微纳光纤复合结构传感单元4，另一路作为参考光连接至参考光探测器11;
[0039]f).激光发生装置发出的信号光通过微纳光纤复合结构传感单元4，连接至用于检测信号光强度的信号光探测器5，信号光探测器5检测由于氧气浓度不同所引起的倏逝场抖动而引起的能量变化;通过2X2耦合器3连接的参考光探测器11，在信号光探测器5检测信号光的同时，参考光探测器11检测激光发生装置所发出的激光的强度变化，参考光探测器11检测结果除以信号光探测器5结果用于消除激光发生装置本身所引起的功率抖动，避免外界环境对激光发生装置的影响，最后获取微纳光纤复合结构薄膜在不同氧气浓度下所引起的光功率变化；
[0040]g).利用时域有限差分方法(3D-H)TD)计算不同氧气浓度下所得到的不同的附加损耗，在本实施例中最终得到一个类似的数据库的表格，每个氧气浓度对应一个附加损耗值，当信号光探测器5检测出信号光能量变化时，可以通过损耗值得到氧气的浓度。
[0041]本实用新型中窄带激光器1经光纤隔离器2连接光纤耦合器，主要是消除反向激光对窄带激光器的影响，其主要原理是利用法拉第光效应实现对光能量的单向传输，防止反向传输。信号光探测器5和参考光探测器11均采用硅基探测器，实现光信号对电信号的转换功能。连接个光学元件的主要介质均为普通单模光纤(SMF-28)。微纳光纤复合结构镀膜之后采用氨处理主要目的为了增强表面膜层的结构强度。
[0042]图2为微纳光纤复合结构示意图，图3为图2中1-Ι局部放大图，在图2、图3中，在微纳光纤11的周围有一层掺杂溶胶凝胶薄膜12，掺杂溶胶凝胶颗粒13是掺杂溶胶凝胶薄膜中颗粒之一。
[0043]本实用新型中的激光发生装置所发出的激光经过单模光纤连接至微纳光纤复合结构传感单元4，在不同氧气浓度下导致掺杂溶胶凝胶薄膜物理化学性质的变化，从而影响微纳光纤复合结构的传输特性，造成光功率的变化。通过检测光信号的变化，即可推算出氧气的浓度。
[0044]图4为本实用新型的自动化操作程序，在起始步骤100之后，判断102是否已经完成初始化。如果应答是肯定的，则步骤104输入参数，该输出参数包括端口选择、基准校零等，接着步骤106获取附加损耗值，主要通过信号光探测器检测结果除以参考光探测器检测结果消除激光发生装置本身的功率抖动。紧着步骤108输入边界条件及相关参数，包括边界吸收条件、波导尺寸、计算步长等，接着步骤110获取附加损耗与氧气浓度之间的关系。最后启动输出步骤112，可在某个指示器中获得该输出，或用能保留该结果的其它记录将其存储。
【主权项】
1.一种氧气监测装置，其特征在于，所述的监测装置包括激光发生装置、2 X 2耦合器(3)、微纳光纤复合结构传感单元(4)、信号光探测器(5)、参考光探测器(11)、放大器(6)、差分器(7)、AD转换器(8)、锁相调制器(9)、微型计算机(10)，其中激光发生装置含有窄线宽激光器(1)、光纤隔离器(2);所述的窄线宽激光器(1)的输出端通过光纤跳线连接至光纤隔离器(2)后，连接2 X 2耦合器(3)的第一端口，2 X 2耦合器(3)第三端口通过微纳光纤复合结构传感单元(4)与信号光探测器(5)连接，2X2耦合器(3)的第四端口通过光纤与参考光探测器(11)连接；信号光探测器(5)依次与放大器(6)、差分器(7)、AD转换器(8)、锁相调制器(9)、微型计算机(10)连接;所述的窄线宽激光器(1)与锁相调制器(9)电连接，用于锁相调制器(9)输出电信号与激光发生装置的输入电信号同步;所述的激光发生装置通过2X2耦合器，将所发生的激光分成两路，所分出一路作为信号光依次输入至微纳光纤复合结构传感单元(4)、信号光探测器(5)，另外一路作为参考光输入至用于检测参考光强度的参考光探测器(11); 所述的微纳光纤复合结构传感单元(4)由微纳光纤以及微纳光纤表面的溶胶-凝胶氯化三联吡啶钌混合物包覆层组成。2.根据权利要求1所述的氧气监测装置，其特征在于:所述的微纳光纤复合结构传感单元(4)的直径为Ιμπι?4μηι，包覆在微纳光纤表面的溶胶-凝胶氯化三联P比啶舒混合物包覆层的厚度为100 nm?200nmo
【专利摘要】本实用新型提供了一种氧气监测装置，所述装置中的激光发生器通过2×2耦合器，将所发生的激光分成两路，一路作为信号光依次输入至2×2耦合器、微纳光纤复合结构、信号光探测器，另一路作为参考光输入至用于检测参考光强度的参考光探测器。信号光探测器依次与放大器、差分器、AD转换器、锁相调制器、微型计算机电连接。
【IPC分类】G01N21/17
【公开号】CN205138994
【申请号】CN201520749009
【发明人】周国瑞, 苗心向, 吕海兵, 刘昊, 程晓锋, 贾宝申, 袁晓东, 周海, 李可欣, 邹睿
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年9月25日