專利名稱：一種基于m-z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是最常見的一類空氣污染物，通常指的是沸點在50 250°C，在常溫常壓下可以形成蒸氣的有機物，主要包括苯系物、有機氯化物、氟利昂系列、有機酮類、醇類、胺、醚以及酯類等。VOCs具有毒性、刺激性以及致癌性，會嚴重破壞環(huán)境和人體健康。因此，發(fā)展靈敏、快速、準確測定空氣中VOCs含量的方法是非常必要的。在現(xiàn)有的檢測方法中，由于光纖的獨特優(yōu)點，例如體積小，損耗低，抗電磁干擾，適于遠程檢測等，基于光纖的揮發(fā)性有機物檢測越來越受到人們的廣泛關(guān)注?；诠饫w的揮發(fā)性有機物檢測方法種類很多，常見的有基于光譜分析的方法，對待測氣體的特征吸收譜線進行檢測分析得到待測氣體濃度。這種檢測方法靈敏度高，響應(yīng)快，但是常需要特殊的光源來匹配不同種類待測氣體的吸收譜范圍，因此成本高，限制了其應(yīng)用范圍。基于倏逝場型的揮發(fā)性有機物傳感器，在倏逝場區(qū)域存在倏逝波與揮發(fā)性有機物的能量交換，全反射光能量減少，通過測量光強的衰減程度就可以計算出揮發(fā)性有機物的濃度。但是這種傳感器一般都需要拉錐或腐蝕技術(shù)，降低了光纖的物理特性?；诠饫w光柵的揮發(fā)性有機物檢測也有所報道，待測氣體作用于光纖光柵外部，通過影響光纖光柵的纖芯、包層有效折射率引起諧振波長的漂移。但是這種傳感器的光纖光柵一般也會經(jīng)過腐蝕處理，會對光纖造成損害,并且解調(diào)成本高。針對上述問題，我們提出了一種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置。這種傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、可實現(xiàn)多點復(fù)用的揮發(fā)性有機物測量，并且基于強度解調(diào)，極大降低了解調(diào)設(shè)備的成本。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有揮發(fā)性有機物傳感技術(shù)中存在的檢測成本高、靈敏度低、難于實現(xiàn)在線和多點復(fù)用的問題，提出了 一種結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、可實現(xiàn)在線和多點復(fù)用的基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置。本實用新型為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:—種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置，包括一個寬帶光源、一個波分陣列光柵(Arrayed Waveguide Grating, AWG)、多個M-Z干涉儀傳感頭和一個光電探測器陣列；寬帶光源與AWG的輸入端光連接，AWG的各輸出端分別與M-Z干涉儀傳感頭的一端光連接，干涉儀的另一端與光電探測器陣列光連接。M-Z干涉儀傳感頭是由一段光子晶體光纖的兩端分別與兩根單模光纖進行坍塌熔接制成的，并且在光子晶體光纖及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)性有機物敏感的沸石膜；光電探測器陣列是由和AWG通道數(shù)相同的陣列組成。本實用新型所具有的有益效果為:1.光源發(fā)出的光經(jīng)過AWG后被分成多個具有線寬很窄的固定單一波長的光束,可以實現(xiàn)多點測量。2.在光子晶體光纖及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)物敏感的沸石膜，可以實現(xiàn)對揮發(fā)性有機物的選擇性吸附；M-Z模式干涉的干涉條紋對相位變化非常敏感，并且VOCs經(jīng)過沸石膜的吸附作用進入沸石膜后，對光子晶體光纖包層模的有效折射率的作用更為直接，進一步增加測量靈敏度，因此本實用新型設(shè)計的傳感器具有更高的靈敏度。3.在傳感測量裝置中引入光電探測器件，不必再使用光譜儀觀察波長移動來解調(diào)并得到揮發(fā)性有機物信息，極大降低了傳感設(shè)備的成本。4.整個傳感測量裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，可選擇性，可實現(xiàn)在線和多點復(fù)用等優(yōu)點，可以很好的實現(xiàn)不同種類揮發(fā)性有機物的檢測。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型傳感部位的細節(jié)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步描述。
如圖1所示，一種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置，主要包括寬帶光源1、AWG2、M-Z干涉儀傳感頭3、光電探測器陣列4。寬帶光源I與AWG2的輸入端光連接，AWG2的各輸出端分別與M-Z干涉儀傳感頭3的一端光連接，干涉儀3的另一端與光電探測器陣列4光連接。M-Z干涉儀傳感頭3是由一段光子晶體光纖5的兩端分別與兩根單模光纖6進行坍塌熔接制成的，并且在光子晶體光纖5及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)性有機物敏感的沸石膜；光電探測器陣列4是由和AWG2通道數(shù)相同的陣列組成。本實施方式的工作方式為:寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過AWG被分成多個具有線寬很窄的固定單一波長的光束，AWG的各個輸出端分別與干涉儀中單模光纖的一端光連接，另一根單模光纖的另一端與光電探測器陣列光連接。將整個傳感裝置置于待檢測的揮發(fā)性有機物環(huán)境中，光經(jīng)過熔接處空氣孔坍塌區(qū)域后，包層模被激發(fā)并在光子晶體光纖中傳輸。當(dāng)揮發(fā)性有機物通過沸石膜的選擇性吸附作用進入膜時，會改變沸石膜的折射率，進而改變包層模的有效折射率。當(dāng)芯模和包層模在第二個空氣孔坍塌區(qū)域結(jié)合后，由于兩束光存在相位差，會發(fā)生干涉，輸出干涉條紋，根據(jù)相干光干涉原理，干涉條紋的干涉峰滿足:λ = [nco-ncl (C) ] L/k其中Ild(C)為光子晶體光纖包層模的有效折射率，與光子晶體光纖包層中揮發(fā)性有機物濃度C有函數(shù)關(guān)系，L為光子晶體光纖的長度，k為干涉級次?？諝庵袚]發(fā)性有機物含量不同時，通過選擇性吸附作用進入沸石膜的揮發(fā)性有機物含量也不同，從而沸石膜的折射率發(fā)生變化，進而改變包層模的有效折射率，使干涉光譜發(fā)生漂移。與該干涉儀傳感頭相連接的AWG通道的光強也會隨著干涉譜的左右移動發(fā)生線性變化，使通過該裝置的輸出光強發(fā)生變化，因此，可以根據(jù)輸出光強的大小來確定揮發(fā)性有機物的濃度。[0021]本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)揮發(fā)性有機物傳感測量并且具有較高靈敏度、可實現(xiàn)多點復(fù)用檢測的關(guān)鍵技術(shù)為:1.經(jīng)過AWG的光被分成多個具有線寬很窄的固定單一波長的光束，可以實現(xiàn)多點測量。2.在光子晶體光纖及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)物敏感的沸石膜，由于沸石膜具有規(guī)整的各向同性的孔道結(jié)構(gòu)，對有機分子可以進行選擇性吸附，所以可以實現(xiàn)對揮發(fā)性有機物的選擇性檢測；選用的光子晶體光纖的長度，取決于與該干涉儀連接的AWG通道的中心波長，要使該通道的中心波長位于干涉譜的單調(diào)區(qū)間內(nèi)。3.在傳感測量裝置中引入光電探測器件，不必再使用光譜儀觀察波長移動來解調(diào)并得到揮發(fā)性有機物信息，極大降低了傳感設(shè)備的成本。本實施例中的寬帶光源輸出波長為1500nm 1600nm，AffG是由16個具有線寬很窄的固定單一波長的通道組成的，波長范圍為1532nm-1545nm，波長間隔為0.8nm ;單模光纖是普通的SMF-28單模光纖；光子晶體光纖的包層直徑為125 μ m,纖芯直徑為7 μ m，包層空氣孔直徑為 3.06 μ m,孔間距為5.61 μ m，長度為I 5cm ;坍塌熔接是光子晶體光線和單模光纖熔接時，通過控制電流或放電時間，使光子晶體光纖中的空氣孔坍塌，光子晶體光纖兩端坍塌區(qū)域的長度為 200 μ m和 204 μ m ;光電探測器件是和AWG通道數(shù)相同的4X4陣列。
權(quán)利要求1.一種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置，其特征在于，包括一個寬帶光源、一個AWG、多個M-Z干涉儀傳感頭和一個光電探測器陣列；寬帶光源與AWG的輸入端光連接，AWG的各輸出端分別與M-Z干涉儀傳感頭的一端光連接，干涉儀的另一端與光電探測器陣列光連接；M-Z干涉儀傳感頭是由一段光子晶體光纖的兩端分別與兩根單模光纖進行坍塌熔接制成的，并且在光子晶體光纖及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)性有機物敏感的沸石膜；光電 探測器陣列是由和AWG通道數(shù)相同的陣列組成。
專利摘要本實用新型涉及一種基于M-Z模式干涉的多點揮發(fā)性有機物檢測裝置。其特征在于包括一個寬帶光源、一個AWG、多個M-Z干涉儀傳感頭和一個光電探測器陣列；寬帶光源與AWG的輸入端光連接，AWG的各輸出端分別與M-Z干涉儀傳感頭的一端光連接，干涉儀的另一端與光電探測器陣列光連接；M-Z干涉儀傳感頭是由一段光子晶體光纖的兩端分別與兩根單模光纖進行坍塌熔接制成的，并且在光子晶體光纖及空氣孔坍塌區(qū)域涂覆上一層對揮發(fā)性有機物敏感的沸石膜；光電探測器陣列是由和AWG通道數(shù)相同的陣列組成。本實用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、基于強度解調(diào)、可實現(xiàn)在線和多點復(fù)用的優(yōu)點。
文檔編號G01N21/45GK203164116SQ201320158399
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者王雪萍, 趙春柳, 倪凱, 金永興 申請人:中國計量學(xué)院