選擇性吸收薄膜7會由于吸收泵浦光而產(chǎn)生熱，在加熱區(qū)及鄰近的媒質(zhì)內(nèi)形成折射率梯度；此時讓檢測光8-1掠過選擇性吸收薄膜7表面，由于折射率梯度而使得檢測光8-1產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，檢測光8-1的偏轉(zhuǎn)度由光位置探測器9-1所探測，光位置探測器9-1探測到的信號輸入到前置放大器10-1中，然后再輸入到鎖相放大器10-2中，鎖相放大器10-2中的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊4-1進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到主機4中進行數(shù)據(jù)采集。
[0037]實施例2
[0038]如圖2所示，與實施例1不同，本實施例采用的是光熱放大原理。檢測光8-1以一定角度斜向入射到選擇性吸收薄膜7上；當選擇性吸收薄膜7對檢測光具有較強的反射時，針孔光強探測器9-2被放置在檢測光8-1的反射光路上。如圖3a所示，當選擇性吸收薄膜7未吸收氣體時，經(jīng)過選擇性吸收薄膜7反射的反射光8-2未被放大；當選擇性吸收薄膜7吸收氣體，且泵浦光1-1波長處于氣體的吸收峰，那么選擇性吸收薄膜7會由于吸熱而隆起一個高度，形成的凸起7-1如圖3b所示，此時部分檢測光8-1會由于這個凸起7-1而產(chǎn)生光束的擴束，形成散焦反射光8-3，從而使入射到針孔光強探測器9-2中的光強會變?nèi)?，根?jù)這個信號可以推斷待測氣體的濃度。
[0039]實施例3
[0040]本實施例與實施例2區(qū)別為，當選擇性吸收薄膜7對檢測光具有較強的透射時，針孔光強探測器9-2被放置在檢測光8-1的透射光路上。如圖4a所示，當選擇性吸收薄膜7未吸收氣體時，檢測光8-1經(jīng)過選擇性吸收薄膜7透射的透射光8-5未被放大；如圖4b所示，當選擇性吸收薄膜7吸收氣體，且泵浦光1-1波長處于氣體的吸收峰，那么選擇性吸收薄膜7會由于吸熱而隆起形成凸起7-1，此時部分檢測光8-1會由于這個凸起7-1而產(chǎn)生光束的擴束，形成散焦透射光8-6，從而入射到針孔光強探測器9-2中的光強會變?nèi)?，根?jù)這個信號可以推斷待測氣體的濃度。
[0041]實施例4
[0042]圖5所示是本實施例的基本結構和工作原理圖，本實施例采用光熱偏轉(zhuǎn)方式。因為凸起7-1存在散焦效果，因此為了偏轉(zhuǎn)測量，將檢測光8-1入射前通過聚焦透鏡6聚焦，以一定角度斜向入射到選擇性吸收薄膜7上；當選擇性吸收薄膜7對檢測光具有較強的反射時，光位置探測器9-1被放置在檢測光8-1的反射光路上。如圖6a所示，當選擇性吸收薄膜7未吸收氣體時，檢測光8-1經(jīng)過選擇性吸收薄膜7反射后的反射光8-2未被偏轉(zhuǎn)；如圖6b所示，當選擇性吸收薄膜7吸收氣體，且泵浦光1-1波長處于氣體的吸收峰，那么選擇性吸收薄膜7會由于吸熱而隆起形成凸起7-1，此時部分檢測光8-1會由于這個凸起7-1而產(chǎn)生光束的偏轉(zhuǎn)，形成偏轉(zhuǎn)反射光8-4，從而使入射到光位置探測器9-1中的位置發(fā)生變化，根據(jù)這個變化信號可以推斷氣體的濃度。
[0043]實施例5
[0044]本實施例與實施例4區(qū)別為，當選擇性吸收薄膜7對檢測光具有較強的透射時，光位置探測器9-1被放置在檢測光8-1的透射光路上。如圖7a所示，當選擇性吸收薄膜7未吸收氣體時，檢測光8-1經(jīng)過選擇性吸收薄膜7透射后的透射光8-5未被偏轉(zhuǎn)；如圖7b所示，當選擇性吸收薄膜7吸收氣體，且泵浦光1-1波長處于氣體的吸收峰，那么選擇性吸收薄膜7會由于吸熱而隆起形成凸起7-1，此時部分檢測光8-1會由于這個凸起7-1而產(chǎn)生光束的偏轉(zhuǎn)，形成偏轉(zhuǎn)透射光8-7，從而使入射到光位置探測器9-1中的位置發(fā)生變化，根據(jù)這個變化信號可以推斷氣體的濃度。
[0045]應理解，上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于供本領域技術人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并非【具體實施方式】的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種薄膜氣體傳感器，包括泵浦光源(I)、分束鏡(2)、光強探測器(3)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(4-1)和主機(4)，分束鏡(2)置于泵浦光源(I)出射泵浦光(1-1)的光路上，所述分束鏡(2)反射光路前放置光強探測器(3)，光強探測器(3)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊(4-1)連接主機(4)，其特征在于: 還包括斬波器(5)、聚焦透鏡(6)、選擇性吸收薄膜(7)、基底(7-2)、檢測光源(8)、檢測光探測器及放大器模塊；其中: 所述選擇性吸收薄膜(7)置于基底(7-2)上；所述分束鏡(2)透射光路依次放置斬波器(5)、聚焦透鏡(6)和選擇性吸收薄膜(7);檢測光源⑶出射的檢測光(8-1)經(jīng)過選擇性吸收薄膜(7)及其附近區(qū)域后到達檢測光探測器；檢測光探測器通過放大器模塊連接主機⑷。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光探測器為光位置探測器(9-1)或針孔光強探測器(9-2)。
3.根據(jù)權利要求2所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述光位置探測器(9-1)為二象限或四象限探測器。
4.根據(jù)權利要求2所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光探測器為光位置探測器(9-1)，所述檢測光(8-1)光路設置為掠過選擇性吸收薄膜(7)表面。
5.根據(jù)權利要求2所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光(8-1)光路設置為以一定角度斜向入射選擇性吸收薄膜(7)。
6.根據(jù)權利要求5所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光探測器為針孔光強探測器(9-2)，檢測光源(8)與選擇性吸收薄膜(7)之間光路中設置聚焦透鏡(6)。
7.根據(jù)權利要求5所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光探測器置于所述檢測光(8-1)入射選擇性吸收薄膜(7)形成的反射光路上。
8.根據(jù)權利要求5所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述檢測光探測器置于所述檢測光(8-1)入射選擇性吸收薄膜(7)形成的透射光路上。
9.根據(jù)權利要求1至8任一項所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述放大器模塊包括前置放大器(10-1)和鎖相放大器(10-2)，所述檢測光探測器通過前置放大器(10-1)連接鎖相放大器(10-2)被測信號端，鎖相放大器(10-2)參考信號端連接斬波器(5)，鎖相放大器(10-2)輸出端通過A/D轉(zhuǎn)換模塊(4-1)連接主機(4)。
10.根據(jù)權利要求1至8任一項所述的薄膜氣體傳感器，其特征在于:所述選擇性吸收薄膜(7)材質(zhì)為聚合物，所述聚合物為SXFA、PHFA、SXPYR、PE1、0V202、PIB或SXPH。
【專利摘要】一種薄膜氣體傳感器，使用一種可以吸收空氣中特定種類氣體分子的選擇性吸收薄膜，將一束可調(diào)諧波長泵浦光聚焦到該膜上，泵浦光的波長調(diào)到特定氣體分子的吸收波長上，氣體分子會因為吸收泵浦光而產(chǎn)生熱量從而在選擇性吸收薄膜以及鄰近的媒介中產(chǎn)生溫度梯度，再讓一束檢測光通過溫度梯度，檢測光會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)或者散焦，根據(jù)檢測光探測器探測到的偏轉(zhuǎn)或者散焦量的大小來推斷氣體的含量。本發(fā)明采用了光譜檢測的方式，可以選擇幾種氣體分子分別合適的譜線，使得這幾種譜線相互錯開，克服了傳統(tǒng)檢測電信號的傳感器由于無法區(qū)分不同氣體分子信號導致的選擇性差的問題。
【IPC分類】G01N21-25
【公開號】CN104880415
【申請?zhí)枴緾N201510293919
【發(fā)明人】王歡, 陳昱, 李建春, 閆國楓
【申請人】南京先進激光技術研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月1日