專利名稱：一種采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體濃度傳感器，尤其是一種帶有納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器。
背景技術(shù)：
各種氣體(例如甲烷、H2O、NH3、CO、CO2、H2S等)濃度的檢測(cè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步有著重要的意義，以瓦斯(又名甲烷，沼氣)為例，瓦斯爆炸是我國(guó)煤礦生產(chǎn)事故的最主要原因，若空氣中瓦斯的濃度在5.0％～16％；則在有明火的情況下即會(huì)發(fā)生爆炸。在造成瓦斯爆炸的原因中，檢測(cè)設(shè)備不足、性能差，檢測(cè)手段落后是其重要原因之一。目前使用的甲烷檢測(cè)儀中所用的傳感器是基于熱催化檢測(cè)和光干涉檢測(cè)原理兩種，由于其價(jià)格高、體積大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、使用不便，基本上無法在礦井下普及使用。
氣敏傳感器行業(yè)已被國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的行業(yè)，已有不少的甲烷氣體傳感器件和煤礦安全儀器氣敏傳感器生產(chǎn)企業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度隨時(shí)實(shí)施監(jiān)測(cè)，其靈敏度與可靠性高、壽命長(zhǎng)、耗電少、不存在中毒的采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器。
本發(fā)明設(shè)有至少1只發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光路上設(shè)有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設(shè)有玻璃光纖和采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的光纖(以下稱納米光纖)，一路光經(jīng)過自聚焦透鏡耦合進(jìn)入玻璃光纖，另一路光經(jīng)自聚焦透鏡耦合進(jìn)入納米光纖，玻璃光纖、納米光纖的另一端分別接探測(cè)光信號(hào)的探測(cè)器(以下稱光電探測(cè)器)，在光電探測(cè)器的入射光窗口前設(shè)有光濾波片，光電探測(cè)器的輸出端接差分放大器的輸入端，差分放大器的輸出端外接氣體濃度監(jiān)測(cè)電路。所說的采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的光纖是一種內(nèi)部布滿納米級(jí)的連通或部分連通的微孔，可傳輸光，氣體也可以自由出入微孔的光纖，納米級(jí)微孔的直徑為幾十納米至幾百納米。
發(fā)光二極管發(fā)射與被監(jiān)測(cè)氣體的特征吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的光，分束后分別進(jìn)入納米光纖和普通光纖，然后分別被兩個(gè)光電檢測(cè)器接收到經(jīng)過被檢測(cè)氣體吸收的隨濃度變化的和不受被檢測(cè)氣體濃度影響的兩路光的強(qiáng)度。兩個(gè)光電檢測(cè)器的電壓信號(hào)被送入差分放大器進(jìn)行對(duì)所測(cè)氣體濃度的線性處理和功率放大，并用此經(jīng)過功放后的電壓信號(hào)輸出。由于采用了帶有納米級(jí)孔穴光纖與普通的玻璃光纖對(duì)分束的光進(jìn)行光電檢測(cè)與差分線性處理，再經(jīng)過功率放大，因此使本發(fā)明與已有傳統(tǒng)的氣體濃度監(jiān)測(cè)儀相比具有體積小、重量輕、靈敏度與可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、不存在中毒、耗電少、只需要更換特殊的發(fā)光二極管和與之對(duì)應(yīng)的光電檢測(cè)器就很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多種氣體同時(shí)實(shí)施監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)有至少1只發(fā)光二極管1，發(fā)光二極管1接自聚焦透鏡2和3，在自聚焦透鏡2和3上分別接普通玻璃光纖4和一根納米光纖5，普通玻璃光纖4和納米光纖5的另一端分別接探測(cè)光信號(hào)的光電探測(cè)器7和8，在普通玻璃光纖4和納米光纖5與光電探測(cè)器7、8的入射光窗口前之間設(shè)有光濾波片6，光電探測(cè)器7和8的輸出端接差分放大器9的輸入端，差分放大器9的輸出端外接氣體濃度監(jiān)測(cè)電路10。
發(fā)光二極管可選用日本hamamatsu公司產(chǎn)品，型號(hào)為L(zhǎng)8245，其發(fā)光譜線在波長(zhǎng)為1.65μm左右處為峰值。光濾波片僅能通過被檢測(cè)氣體特征吸收峰處波長(zhǎng)，用以提高監(jiān)測(cè)精度，避免外來電磁波干擾。自聚焦透鏡選用西安同維型號(hào)為GL-W-18-025的產(chǎn)品。普通玻璃光纖選用直徑為0.6mm的玻璃光纖。濾波片選用武漢理邦光電子公司產(chǎn)品。光電探測(cè)器選用日本hamamatsu公司產(chǎn)品，型號(hào)為G5851-13，其響應(yīng)曲線峰值約在1.7μm。差分放大器和濃度監(jiān)測(cè)電路采用市售成品。
根據(jù)需要，只要選擇針對(duì)被監(jiān)測(cè)氣體所獨(dú)具的特征吸收波長(zhǎng)的發(fā)光二極管、光電檢測(cè)器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種氣體(例如甲烷氣體/瓦斯等)同時(shí)實(shí)施監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器，其特征在于設(shè)有至少1只發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光路上設(shè)有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設(shè)有玻璃光纖和采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的光纖，一路光經(jīng)過自聚焦透鏡耦合進(jìn)入玻璃光纖，另一路光經(jīng)自聚焦透鏡耦合進(jìn)入納米光纖，玻璃光纖、納米光纖的另一端分別接探測(cè)光信號(hào)的探測(cè)器，在光電探測(cè)器的入射光窗口前設(shè)有光濾波片，光電探測(cè)器的輸出端接差分放大器的輸入端，差分放大器的輸出端外接氣體濃度監(jiān)測(cè)電路，所說的納米光纖是一種內(nèi)部布滿納米級(jí)的連通或部分連通的微孔，可傳輸光，氣體也可以自由出入微孔的光纖，納米級(jí)微孔的直徑為幾十納米至幾百納米。
全文摘要
一種采用納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器，涉及一種氣體濃度傳感器，尤其是一種帶有納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)光纖的氣體濃度傳感器。設(shè)有至少1只發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光路上設(shè)有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設(shè)有玻璃光纖和納米光纖，一路光經(jīng)過透鏡進(jìn)入玻璃光纖，另一路光經(jīng)透鏡進(jìn)入納米光纖，兩光纖的另一端分別接探測(cè)器，在光電探測(cè)器前設(shè)有光濾波片，探測(cè)器輸出端經(jīng)差分放大器外接氣體濃度監(jiān)測(cè)電路。由于采用納米光纖與玻璃光纖對(duì)分束光進(jìn)行光電檢測(cè)與差分線性處理，再經(jīng)放大，因此其體積小、重量輕、靈敏度與可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、不存在中毒、耗電少、只需更換發(fā)光二極管和與之對(duì)應(yīng)的光電檢測(cè)器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種氣體同時(shí)實(shí)施監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/31GK1584551SQ200410037099
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者高文秀, 許宏高, 高向瞳 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)