本實(shí)用新型提出了基于氧化石墨烯的酒精濃度光纖傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種新型的二維碳材料，具有比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)高、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)良性能。氧化石墨烯屬于石墨烯最重要的衍生物，它通常在電化學(xué)的傳感領(lǐng)域有著很大的發(fā)展空間。

氧化石墨烯可以檢測(cè)不同類型的化學(xué)物質(zhì)比如乙醇，它具有較高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，非常高的表面積與體積比。通過(guò)熱干燥的方法來(lái)使雙錐形光纖傳感探頭鍍上氧化石墨烯薄膜，使其可以牢固的吸附在光纖表面，可制成酒精光纖傳感器用來(lái)檢測(cè)不同濃度的酒精。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提出基于氧化石墨烯的酒精濃度光纖傳感器，通過(guò)對(duì)吸附在雙錐傳感探頭表面的氧化石墨烯進(jìn)行一定時(shí)間的恒溫干燥處理，可以在傳感結(jié)構(gòu)的側(cè)表面均勻鍍上氧化石墨烯薄膜。該薄膜對(duì)有機(jī)物有吸收作用，吸收膨脹和干燥消溶脹的特性，相應(yīng)的薄膜折射率也會(huì)發(fā)生變化，為酒精濃度的檢測(cè)提出了一種新的方案。

本實(shí)用新型提出了基于氧化石墨烯的酒精濃度光纖傳感器，其特征在于：由鎢燈(1)、分光光度計(jì)(2)、多模光纖(3)、電腦(6)、比色皿(7)構(gòu)成；其中多模光纖(3)含有雙錐形光纖傳感頭(5)結(jié)構(gòu)，雙錐形光纖傳感頭(5)上鍍有氧化石墨烯薄膜(4)；鎢燈(1)與多模光纖(3)左側(cè)相連，多模光纖(3)右側(cè)與分光光度計(jì)(2)出光口相連，電腦(6)與分光光度計(jì)(2)數(shù)據(jù)端相連，比色皿(7)在分光光度計(jì)(2)內(nèi)。

所述的多模光纖(3)的包層直徑為125μm，纖芯直徑為62.5μm。

所述的多模光纖(3)腰錐直徑為50μm，長(zhǎng)度為5mm。

所述的雙錐形光纖傳感頭(5)放在比色皿(7)中，并用乙醇溶液完全浸沒(méi)該傳感頭。

本實(shí)用新型的工作原理是：入射光在經(jīng)過(guò)雙錐形光纖傳感頭(5)的大端到小端時(shí)，光線在纖芯和包層界面上的入射角隨著反射次數(shù)的增加而減小，對(duì)于一定傳播模式的光纖特征角隨著反射次數(shù)的增加而逐漸增大，由折射定理可知：

其中δ表示錐形光纖的錐角，n代表折射次數(shù)。

β＝n₁k₀cosθ_n (3)

在公式(3)中β代表傳播常數(shù)，可以看出當(dāng)光線從雙錐形光纖傳感頭(5)的小端到大端傳輸時(shí)會(huì)隨著反射的增加而增加，光線也有低次模到高次模轉(zhuǎn)變，全反射條件不容易達(dá)成，一部分光會(huì)泄露出去。光線在纖芯和包層之間每反射一次就會(huì)改變一次傳播模式。

本實(shí)用新型采用的是氧化石墨烯薄膜(4)，因?yàn)槠浔砻嬗蟹浅Ｒ?guī)則的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。因此，該材料很容易吸收有機(jī)分子。氧化石墨烯薄膜(4)吸收乙醇分子會(huì)膨脹，釋放則會(huì)消溶脹，相應(yīng)的折射率也會(huì)發(fā)生變化。光譜通過(guò)雙錐形光纖傳感頭(5)后，多數(shù)低階模式的光泄露，高階模式的光由于外界折射率與光線折射率之間的變化產(chǎn)生不同程度的泄露，部分模式光很難滿足全反射條件，通過(guò)監(jiān)測(cè)透射光譜光強(qiáng)的變化量，可以得到折射率的改變量，從而達(dá)到探測(cè)外界濃度的變化。

本實(shí)用新型的有益效果是：提出將對(duì)化學(xué)物質(zhì)變化尤為敏感的氧化石墨烯薄膜(4)作為敏感膜，該傳感器對(duì)外界酒精濃度變化的敏感性將明顯增強(qiáng)，為酒精的檢測(cè)提出了一種簡(jiǎn)便、高效、靈敏度高的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的基于氧化石墨烯的酒精濃度光纖傳感器特征裝置示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的雙錐光纖結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本實(shí)用新型的未鍍氧化石墨烯薄膜的光纖處于不同酒精濃度的熒光強(qiáng)度擬合曲線圖。

圖4是本實(shí)用新型的鍍有氧化石墨烯薄膜的光纖處于不同酒精濃度下的熒光強(qiáng)度擬合曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參見(jiàn)附圖1，基于氧化石墨烯的酒精濃度光纖傳感器的雙錐光纖結(jié)構(gòu)圖，其特征在于：由鎢燈(1)、分光光度計(jì)(2)、多模光纖(3)、電腦(6)、比色皿(7)組成；其中多模光纖(3)含有雙錐形光纖傳感頭(5)結(jié)構(gòu)，雙錐形光纖傳感頭(5)上鍍有氧化石墨烯薄膜(4)，鎢燈(1)與多模光纖(3)左側(cè)相連，多模光纖(3)右側(cè)與分光光度計(jì)(2)出光口相連，電腦(6)與分光光度計(jì)(2)數(shù)據(jù)端相連，比色皿(7)在分光光度計(jì)(2)中。雙錐形光纖傳感頭(5)利用多模光纖(3)制作而成，采用的光纖拉錐機(jī)型號(hào)為GXP 3000系列，程序設(shè)置利用一個(gè)拉制界面菜單，簡(jiǎn)單輸入所需錐形的物理參量，一個(gè)低級(jí)別的機(jī)械控制宏產(chǎn)生可以自動(dòng)拉制目標(biāo)尺寸。

本實(shí)用新型中，通過(guò)熱干燥的方法，使得雙錐形光纖傳感頭(5)在70攝氏度下加熱20分鐘后，將1mg/mol的氧化石墨烯浸沒(méi)該錐形位置，再把雙錐形光纖傳感頭(5)放回到70攝氏度的環(huán)境下加熱1小時(shí)制得；在附圖2中利用多模光纖(3)制作而成，采用的光纖拉錐機(jī)型號(hào)為GXP 3000系列，程序設(shè)置利用一個(gè)拉制界面菜單，簡(jiǎn)單輸入所需錐形的物理參量，一個(gè)低級(jí)別的機(jī)械控制宏產(chǎn)生可以自動(dòng)拉制目標(biāo)尺寸，拉伸后的多模光纖(3)的包層直徑為125μm，纖芯直徑為62.5μm，腰錐直徑為50μm，腰椎長(zhǎng)度為5mm。附圖4中可以看出傳感部分鍍上1.0mg/mol的氧化石墨烯后檢測(cè)的熒光強(qiáng)度隨著乙醇的濃度增大而呈現(xiàn)出明顯的遞減趨勢(shì)，而附圖3的傳感結(jié)構(gòu)沒(méi)鍍氧化石墨烯在同樣的條件下檢測(cè)出來(lái)的熒光強(qiáng)度則看起來(lái)雜亂無(wú)章。