一种基于sms结构和沸石膜的挥发性有机物传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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 式干设效应的光纤器件。利用运种光纤结构的光谱响应和环境响应特性可W制作诸如应变 传感器、溫度传感器、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。
[0003] 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W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。利用运一特性，可W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】
[0004] 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结构的侧面锻沸石膜的光纤传感器。 阳0化]本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：
[0006] 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W及光谱仪。
[0007] 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W及多模光纤组成，构成 MZI(Mach-ZehnderIntei^ferometer)，其中多模光纤的长度在3cm-5cm之间；多模光纤上 锻有沸石膜，沸石膜厚度在8ym-15ym之间；光谱仪构成信号解调部分。
[0008] 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W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】
[0009] 图1为本实用新型的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图及实施实例对本实用新型作进一步描述：
[0011] 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)W及光谱仪巧）。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，用烙接机将单模光纤和多模光纤进行烙接，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)进行烙接，要求中间的多模 光纤的长度为3cm-5cm之间。最后将沸石膜（5)锻在多模光纤上。构成光纤挥发性有机物 传感器。
[0012] 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 光纤并沿纤忍传播，传感光纤放置在密闭气室化）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〇m)被激励，不同模式在光纤中相互禪合。设 多模光纤中不同的传到模式LPem和LP。。加，n是正整数），其模之间的相位差为： 柳1引
W
[0014] 式中An款是导模LPem和LP。。之间的等效折射率差，A为自由空间光波长，L为多 模光纤的长度，（1)式中两个相邻干设极小的波长间隔为：
[001 引
， 口）
[0016] 从式（2)可W看出，当多模光纤的长度给定时，随着
的变化，AA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W测得当前被测气体的浓度。 阳017] 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-1650皿，传输光纤用的是常规单模光纤（G. 625)，纤忍直径为8. 2ym，包层直径 为125ym，数值孔径为0. 14 ;传感光纤中的多模光纤用的是纤忍直径为62. 5ym，包层直径 为125Jim，数值孔径为0. 20。
[0018] 通过上述实例对本实用新型进行了掲示，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W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。
【主权项】
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-Zehnder Interferometer)，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8 y m-15 y m之间；光谱仪构成信号解调部分。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N21/41
【公开号】CN204855371
【申请号】CN201520315271
【发明人】时菲菲, 赵春柳, 宁向平, 王雁茹
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年5月12日