專利名稱：濾光式氨氣敏光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量氣體中氨氣濃度的光纖傳感器。
利用光纖傳感技術(shù)測(cè)量氨氣濃度是八十年代才發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)之一。目前已有的測(cè)量氨氣濃度的光纖傳感器(探頭)，一般是以高分子色素膜作敏感物質(zhì)，例如將溴百里酚藍(lán)或高耐爾藍(lán)等與高分子物質(zhì)混合成色素膜膠，涂在玻璃、光纖或其它透明載體上，當(dāng)氨氣接觸到該色素膜時(shí)，色素膜會(huì)變色，變色后的色素膜對(duì)光的透過(guò)率或反射率會(huì)發(fā)生變化，氨氣濃度不同，變化也不同，所以，通過(guò)測(cè)量變化的光強(qiáng)，便可確定所測(cè)的氨氣濃度。但是，這些高分子色素膜受光照射時(shí)會(huì)很快光解褪色，耐用性很差。另外，這些高分子色素膜不僅對(duì)氨氣敏感，而且對(duì)多種帶有堿性的氣體敏感。因而已有的這種光纖傳感器的選擇性很差，僅適用于只有氨氣存在的特定場(chǎng)合。
本發(fā)明的目的是提供一種選擇性和耐用性好的測(cè)量氨氣濃度的光纖傳感器，以克服已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的光纖傳感器是根據(jù)本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的“二氧化錫薄膜的吸收邊3120
僅對(duì)氨氣有氣敏光學(xué)作用，而對(duì)其它還原性氣體無(wú)氣敏作用”這一物理特性設(shè)計(jì)而成的。
本發(fā)明的光纖傳感器的基本構(gòu)造與一般的氣敏式光纖傳感器相似，包括護(hù)套(外殼)、入射光纖、入射透鏡、敏感膜(敏感物質(zhì))、出射透鏡和出射光纖。本發(fā)明的特征是以二氧化錫薄膜作為敏感膜，并且設(shè)有透過(guò)3120
紫外光的濾光片(以下簡(jiǎn)稱濾光片)。濾光片可以是一片，設(shè)在二氧化錫薄膜與入射透鏡之間;也可以是兩片，分別設(shè)于二氧化錫薄膜與入射透鏡和出射透鏡之間，這樣可進(jìn)一步提高傳感器對(duì)氨氣的選擇性。二氧化錫薄膜可以是一片，也可以是兩片或兩片以上，片數(shù)增加，可提高靈敏度，但片數(shù)太多，透光率下降太大，一般為1～4片。
所用的二氧化錫薄膜通常是采用高溫噴涂法鍍?cè)谑⒒?，可以只鍍一面，也可以兩面都鍍。在石英基片上鍍二氧化鍍薄膜的具體方法是1.先將石英基片用酸、堿洗液清洗干凈，再用蒸餾水沖洗，然后用無(wú)水乙醇擦干備用。2.把已洗擦干凈的基片放入高溫爐中，高溫爐兩端需敞開(kāi)，一端讓鍍液噴入，另一端讓廢氣排出;把爐溫升至450～500℃之間，然后開(kāi)動(dòng)噴槍，把鍍液噴向石英基片要鍍的一面，鍍液在基片表面遇高溫起化學(xué)反應(yīng)，形成一層二氧化錫薄膜附著在基片上;當(dāng)所形成的二氧化錫薄膜達(dá)到所要求的厚度(以20μ左右為佳)便停止噴鍍，讓爐溫冷卻至室溫，即可取出。鍍液的配方為無(wú)水乙醇∶四氯化錫∶甲醛＝10∶10∶2.5(重量比)。
本發(fā)明的光纖傳感器以二氧化錫薄膜作敏感物質(zhì)，采用濾光式，以紫外光或含有紫外光的光線作光源，入射光經(jīng)濾光片濾光后，只讓3120
的紫外光照射二氧化錫薄膜。由于當(dāng)被測(cè)氣體中含有氨氣時(shí)，氨氣分子沾附到傳感器的二氧化錫薄膜表面，使它對(duì)3120
紫外光的透光率增加，氨氣濃度愈大(即沾附到二氧化錫薄膜上的氨氣分子愈多)，透光率愈大。所以，通過(guò)測(cè)定透過(guò)二氧化錫薄膜的3120
紫外光的光強(qiáng)大小，便可確定所測(cè)氣體中的氨氣濃度。本發(fā)明使用時(shí)的測(cè)量裝置系統(tǒng)與其它光纖傳感器相同。
本發(fā)明的光纖傳感器以二氧化錫薄膜作敏感物質(zhì)，性能穩(wěn)定，耐用性好，不怕酸堿、汽油及水泡。同時(shí)，由于利用“吸收邊原理”，選擇性好，只對(duì)氨氣敏感，而對(duì)其它還原性氣體(如甲醇、乙醇、丙酮等)不敏感。本發(fā)明的光纖傳感器可用于檢測(cè)空氣及其它氣體環(huán)境中的氨氣濃度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1至圖5分別是本發(fā)明的實(shí)施例一至五的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是二氧化錫薄膜對(duì)3120
紫外光的透光率與被測(cè)氣體中氨氣濃度的關(guān)系曲線，說(shuō)明透光率與氨氣濃度成正比。
實(shí)施例一參照?qǐng)D1，濾光片3和二氧化錫薄膜4均為一片，濾光片位于二氧化錫薄膜與入射透鏡2之間。入射透鏡2、濾光片3、二氧化錫薄膜4和出射透鏡5同軸排列，并固定于護(hù)套7中。入射光纖1和出射光纖6分別穿過(guò)端蓋9中央進(jìn)入護(hù)套7中，并利用端蓋9固定在護(hù)套上。兩個(gè)端蓋9封住護(hù)套兩端，防止環(huán)境光線進(jìn)入，并使入射光纖和出射光纖與其它元件(透鏡、濾光片、二氧化錫薄膜)處于同軸位置。護(hù)套7為雙層壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁之間由隔環(huán)8隔開(kāi)一段距離并固定起來(lái);內(nèi)外壁上均有許多小孔，以便被測(cè)氣體進(jìn)入傳感器內(nèi)，內(nèi)壁與外壁上的小孔互相錯(cuò)開(kāi)，并且內(nèi)外壁的表面均發(fā)黑(外壁外表面可不發(fā)黑)，這樣可盡量減少環(huán)境光線進(jìn)入傳感器內(nèi);護(hù)套的內(nèi)徑可為15～20mm，長(zhǎng)度可為50～100mm。
實(shí)施例二參照?qǐng)D2，濾光片3為二片，分別位于二氧化錫薄膜4與入射透鏡2和出射透鏡5之間，其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三參照?qǐng)D3，二氧化錫薄膜4為二片，其它與實(shí)施例二相同。
實(shí)施例四參照?qǐng)D4，二氧化錫薄膜4為二片，其它與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例五參照?qǐng)D5(圖中箭頭表示光的方向)，濾光片3和二氧化錫薄膜4均為二片，采用兩個(gè)折射棱鏡10，兩片二氧化錫薄膜分別粘貼在兩個(gè)棱鏡的矩形垂直面11上，兩片濾光片分別粘貼在與該面垂直的另一矩形面12上。兩棱鏡貼有二氧化錫薄膜的一面相向，中間隔開(kāi)一段距離，以便氣體進(jìn)入，貼有濾光片的一面分別對(duì)向入射透鏡2和出射透鏡5，入射光徑兩個(gè)棱鏡折射后，使出射光與入射光平行并方向相反，這樣，入射光纖1和出射光纖6便處于傳感器的同一側(cè)，使傳感器整體結(jié)構(gòu)更為合理，使用更為方便。兩個(gè)折射棱鏡10一般為石英材料做成，二氧化錫薄膜4可先鍍?cè)谑⒒?即與其它實(shí)施例一樣)，再粘貼到棱鏡上也可直接鍍?cè)诶忡R上。
權(quán)利要求
1.一種濾光式氨氣敏光纖傳感器，包括護(hù)套7、入射光纖1、出射光纖6、入射透鏡2、出射透鏡5和敏感膜，其特征是敏感膜為二氧化錫薄膜4，并且設(shè)有透過(guò)3120
紫外光的濾光片3。
2.一種如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器，其特征是二氧化錫薄膜4為1～4片。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感器，其特征是濾光片3為一片，位于二氧化錫薄膜4與入射透鏡2之間。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感器，其特征是濾光片3為二片，分別位于二氧化錫薄膜4與入射透鏡2和出射透鏡5之間。
5.一種如權(quán)利要求4所述的光纖傳感器，其特征是二氧化錫薄膜4為二片，分別粘貼在兩個(gè)折射棱鏡10的矩形垂直面11上，兩棱鏡上有二氧化錫薄膜的一面相向，與該面垂直的另一矩形面12粘貼有濾光片3，并分別對(duì)向入射透鏡2和出射透鏡5，入射光纖1和出射光纖6位于光纖傳感器的同一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量氣體中氨氣濃度的光纖傳感器，該傳感器以二氧化錫薄膜作為敏感物質(zhì)，并采用濾光式結(jié)構(gòu)，設(shè)有透過(guò)3120紫外光的濾光片。本發(fā)明的光纖傳感器性能穩(wěn)定，耐用性和選擇性好，適用于檢測(cè)空氣及其它氣體環(huán)境中的氨氣濃度。
文檔編號(hào)G01N21/17GK1057904SQ9110459
公開(kāi)日1992年1月15日 申請(qǐng)日期1991年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月5日
發(fā)明者郭斯淦, 鄭順鏇 申請(qǐng)人:中山大學(xué)