一种基于光纤端面f-p干涉的挥发性有机物光纤传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型明公开一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有机物光纤传感器，在单模光纤末端连接一段空芯光纤，空芯光纤的末端用某种聚合物材料封闭，在聚合物材料和单模光纤端面之间形成F-P干涉腔，由此构成挥发性有机物传感头；光束由单模光纤进入空芯光纤当中的F-P干涉腔，当光纤探头接触挥发性有机物时，聚合物材料的厚度将发生变化，从而改变干涉腔的长度；干涉光的频谱受到干涉腔长度的调制，通过光谱仪对干涉光进行分析便能实现对挥发性有机物的测量。本实用新型包括宽带光源、3dB耦合器、传感光纤、传感探头和光谱仪。该传感器结构简单，体积小巧，信噪比高，可在生产过程、灾害监测等系统中实现对挥发性气体的实时连续监测。
【专利说明】一种基于先纤纟而面F-P干涉的掉发性有机物光纤传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有 机物光纤传感器。该传感器结构简单，体积小巧，信噪比高，可在生产过程、灾害监测等系统 中实现对挥发性有机物的实时连续监测。
【背景技术】
[0002] 挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs)是最常见的一类空气污染 物，通常是指沸点在50?250?，在常温常压下可以形成蒸汽的有机物，主要包括苯系物、 有机氯化物、氟利昂系列、有机酮类、醇类、胺、醚以及脂类等。VOCs具有毒性、刺激性以及致 癌性，会严重破坏环境和人体健康。因此发展灵敏、快速、准确测定空气中VOCs含量的方法 是非常必要的。
[0003] 在现有的检测方法中，由于光纤的独特优点，例如体积小，损耗低，适于远程检测 等，基于光纤的挥发性有机物检测越来越受到人们的重视。基于光纤的挥发性有机物检测 方法种类很多，最常见的是基于光谱分析的方法，对待测气体的特征吸收谱线进行检测分 析得到待测气体浓度。这种检测方法灵敏度高，响应快，但是常需要特殊的光源来匹配不同 种类待测气体的吸收谱范围，因此成本高，限制了其应用范围。基于光纤光栅的挥发性有机 物检测也有所报道，待测气体作用于光纤光栅外部，通过影响光纤光栅的纤芯、包层有效折 射率引起谐振波长的漂移。但是光栅的刻写会对光纤造成损害，难以长期使用。
[0004] 针对上述问题，我们提出了一种基于光纤端面F-P千涉的挥发性有机物光纤传感 器。这种传感器结构紧凑，可长期重复测量，便于微量监测，灵敏度高，同时具有光纤抗温度 干扰的特性，可以很好的实现不同种类挥发性有机物的检测。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供了一种更为灵活简单、精确度高、可靠性好的基于光纤 端面F-P千涉的气体压强光纤传感器。
[0006] 本实用新型的技术解决方案如下：
[0007] 一种基于光纤端面F-P千涉的挥发性有机物光纤传感器，包括宽带光源（1)、3dB 耦合器（2)、传输光纤（3)、传感探头（4)和光谱仪（5);上述的3dB耦合器包含四个端口， 宽带光源（1)与光谱仪（5)输入分别与3dB耦合器一侧的两个端口相连，传输光纤（3)的 一端与 3dB耦合器的另一侧一个端口相连，传输光纤（3)的另一端与传感探头（4)相连； [0008] 上述传感探头（4)，其特征是由一段空芯光纤与单模光纤相熔接构成F-P千涉腔， 空芯光纤长度在1-3cm之间，空芯光纤的外端面由聚合物材料封闭；所述的聚合物材料具 有吸收挥发物后体积膨胀的效果。
[0009] 本实用新型的有益效果在于：
[0010] 一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有机物光纤传感器，在单模传感光纤光缆一 端连接一个光纤挥发性有机物传感探头，另一端经由3dB耦合器分别与宽带光源和光谱仪 相连。
[0011]览W光源发出光束后，通过3dB稱合器親合进入传感光纤，光束通过传感光纤进 入传感探头。光束由单模光纤进入空芯光纤当中的F-P干涉腔，干涉腔的两个反射面由聚 合物材料和单模光纤端面构成。在干涉腔中形成的干涉光经由单模光纤传回，通过3dB耦 合器耦合入光谱仪。
[0012] 当挥发性有机物与所述聚合物材料接触时，聚合物材料将发生膨胀，由此改变了 F-P干涉腔的腔长。由于干涉光的频谱受到干涉腔长度的调制,通过光谱仪对干涉光进行分 析便能实现对挥发性有机物的测量。
[0013] 通过光谱仪对干涉光波进行分析，即可得到挥发性有机物含量的变化。该发明灵 活简单、精确度高、可靠性好，适用于多种需要进行挥发性有机物的实时监控和测量的场 合。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有机物光纤传感器的结构示意图。 [0015]图2是一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有机物光纤传感器传感探头的结构示 意图。
[0016] 图中：单模光纤1空芯光纤2聚合物材料3
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步描述：
[0018] 如图1示，一种基于光纤端面F-P千涉的挥发性有机物光纤传感器，包括宽带光源 (l)、3dB耦合器（2)、传输光纤（3)、传感探头（4)和光谱仪（5);上述的3dB耦合器包含四 个端口，宽带光源（1)与光谱仪（5)输入分别与3dB耦合器一侧的两个端口相连，传输光纤 (3)的一端与3dB耦合器的另一侧一个端口相连，传输光纤（3)的另一端与传感探头（4)相 连。
[0019] 如图2所示，上述传感探头（4)，其特征是由一段空芯光纤与单模光纤相熔接构成 F-P干涉腔，空芯光纤长度在l_3cm之间，空芯光纤的外端面由聚合物材料封闭；所述的聚 合物材料具有吸收挥发物后体积膨胀的效果。
[0020] 本实用新型基于以下原理：
[0021] 宽带光源发出能量为I。的光束，3dB耦合器耦合进入传感光纤，再由传感光纤传导 入有空心光纤构成的F-P干涉腔中。干涉光束经由单模光纤通过3dB耦合器进入光谱仪。 光谱仪接受到的干涉光可表示为：
【权利要求】
1. 一种基于光纤端面F-P干涉的挥发性有机物光纤传感器，包括宽带光源（l)、3dB耦 合器（2)、传输光纤（3)、传感探头（4)和光谱仪（5);上述的3dB耦合器包含四个端口，宽 带光源（1)与光谱仪（5)输入分别与3dB稱合器一侧的两个端口相连，传输光纤（3)的一 端与3dB耦合器的另一侧一个端口相连，传输光纤（3)的另一端与传感探头（4)相连； 上述传感探头（4)，其特征是由一段空芯光纤与单模光纤相熔接构成F-P干涉腔，空芯 光纤长度在l-3cm之间，空芯光纤的外端面由聚合物材料封闭；所述的聚合物材料具有吸 收挥发物后体积膨胀的效果。
【文档编号】G01N21/45GK204086135SQ201420332842
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】宁向平, 袁剑英, 李玥, 梁子馨, 赵春柳 申请人:中国计量学院