一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器的制作方法

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器。

背景技术：

传统气体传感器相对光纤气体传感器具有体积大，结构复杂，成本高昂，操作繁琐，抗电磁干扰能力弱等缺点，难以在工业生产中进行实时、实地、在线检测；而目前的光纤气体传感器多基于光子晶体、新型材料(碳纳米管等)薄膜、气敏聚合物膜系等结构，工艺过程过于复杂，生产良率低且稳定性较差；目前虽有基于生物模板(蝶翅鳞片等)的光纤气体传感器出现，但多为分体式结构，在传感检测过程中生物模板与光纤的距离、角度易发生改变，同时生物模板裸露在外，易遭到破坏，造成检测结果不准确，并且体积相对较大，不利于在狭小空间中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，将蝶翅鳞片作为传感材料，能够对待测区域的气体环境进行有效的测量；使用一种氧化锆套管连接导光光纤和蝶翅鳞片，有效减小了传感器体积，传感器结构更紧凑，封装更坚固，在传感检测过程中蝶翅鳞片与光纤的距离、角度始终固定，且蝶翅鳞片封装在套管内部，不易遭到破坏；氧化锆套管侧面有一开口，便于气体的流入与流出。

本发明的技术方案：

一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，该光纤气体传感器采用终端反射式传感结构，将两根光纤的两端面抛光，并将一端端面对齐后插入fc接头内固定作为反射式探头；2×2mm蝶翅鳞片固定在直径3mm的玻璃盖片上；带有蝶翅鳞片的玻璃盖片固定到氧化锆套管的一端，蝶翅鳞片朝向氧化锆套管内侧；fc接头的陶瓷插芯从氧化锆套管的另一端插入，光纤端面与蝶翅鳞片的距离为2～3mm。

所采用的光纤为塑料包层多模光纤，芯层直径为300μm～600μm，数值孔径不低于0.2。

所采用的氧化锆套管高度11.4mm，内径2.5mm，外径3.2mm，侧面有一宽0.6mm的开口。

该发明采用多模光纤进行信号的传输。卤钨灯光源发射的宽谱光从导入光纤一端进入反射式蝶翅鳞片光纤气体传感器，在蝶翅鳞片表面发生干涉、衍射、散射，随着外界气体环境的变化，传感信号的光谱信息发生改变，传感信号经导出光纤传输进光纤光谱仪进行信号解调。

本发明的效果和益处是：

利用蝶翅鳞片作为传感基质，蝶翅鳞片上的微纳结构为天然形成的光子晶体结构，具有极好的气体敏感性，利用基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，可以有效的测量待测区域的气体环境；使用一种氧化锆套管连接导光光纤和蝶翅鳞片，传感器体积微小，结构紧凑，封装坚固，传感性能稳定；传感器制作流程简单，操作方便，后期使用便于更换，成本低。

附图说明

图1是一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器结构示意图。

图2是沿图1中a-a的剖视图。

图3是氧化锆套管a-a的剖视图。

图4是氧化锆套管的俯视图。

图中：1塑料包层多模光纤；2fc接头；3氧化锆套管；4玻璃盖片；5蝶翅鳞片；6氧化锆套管侧面开口。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本发明采用塑料包层光纤，光纤各项数据分别为：纤芯直径400μm，包层直径430μm，涂覆层直径730μm，数值孔径为0.37。

本发明的制作过程如下：

1)取两根上述塑料包层多模光纤50cm,将光纤两侧端面用光纤研磨机抛光；将两根光纤的一端对齐后插入fc接头内，利用光纤固化胶固定，制成反射式探头。

2)使用刀片取2×2mm蝶翅鳞片，使用玻璃刀取直径3mm的玻璃盖片，利用光纤固化胶将蝶翅鳞片固定在玻璃盖片中央。

3)利用光纤固化胶，将带有蝶翅鳞片的玻璃盖片固定到氧化锆套管的一端，蝶翅鳞片朝向套管内侧并位于中央。

4)将fc接头的陶瓷插芯从氧化锆套管的另一端缓慢插入，使光纤端面与蝶翅鳞片的距离为2～3mm。

技术特征：

1.一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，其特征在于，该光纤气体传感器采用终端反射式传感结构，将两根光纤的两端面抛光，并将一端端面对齐后插入fc接头内固定作为反射式探头；2×2mm蝶翅鳞片固定在直径3mm的玻璃盖片上；带有蝶翅鳞片的玻璃盖片固定到氧化锆套管的一端，蝶翅鳞片朝向氧化锆套管内侧；fc接头的陶瓷插芯从氧化锆套管的另一端插入，光纤端面与蝶翅鳞片的距离为2～3mm。

2.根据权利要求1所述的基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，其特征在于，所采用的光纤为塑料包层多模光纤，芯层直径为300μm～600μm，数值孔径不低于0.2。

3.根据权利要求1或2所述的基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，其特征在于，所采用的氧化锆套管高度11.4mm，内径2.5mm，外径3.2mm，侧面有一宽0.6mm的开口。

技术总结
一种基于蝶翅鳞片的光纤气体传感器，属于光纤传感技术领域。该光纤传感器采用终端反射式传感结构，将两根光纤端面抛光，将一端端面对齐后插入FC接头内固定；将蝶翅鳞片固定在玻璃盖片上；将玻璃盖片固定到氧化锆套管的一端，蝶翅鳞片朝向套管内侧；将FC接头的陶瓷插芯从氧化锆套管的另一端插入，光纤端面与蝶翅鳞片的距离为2～3mm。光纤为塑料包层多模光纤，芯层直径为300μm～600μm,数值孔径不低于0.2。氧化锆套管高度11.4mm，内径2.5mm，外径3.2mm，侧面有一宽0.6mm的开口。本发明中传感器具有体积微小、结构紧凑、封装坚固、传感性能稳定、制作流程简单、操作方便，后期使用便于更换，成本低优点。

技术研发人员：彭伟;光建业;刘强;刘子耕
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2020.04.09
技术公布日：2020.07.14