專利名稱：一種采用納米級微孔結構光纖的氣體濃度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體濃度傳感器，尤其是一種帶有納米級微孔結構光纖的氣體濃度傳感器。
背景技術：
各種氣體(例如甲烷、H2O、NH3、CO、CO2、H2S等)濃度的檢測對經濟發展與社會進步有著重要的意義，以瓦斯(又名甲烷，沼氣)為例，瓦斯爆炸是我國煤礦生產事故的最主要原因，若空氣中瓦斯的濃度在5.0％～16％；則在有明火的情況下即會發生爆炸。在造成瓦斯爆炸的原因中，檢測設備不足、性能差，檢測手段落后是其重要原因之一。目前使用的甲烷檢測儀中所用的傳感器是基于熱催化檢測和光干涉檢測原理兩種，由于其價格高、體積大、檢測時間長、使用不便，基本上無法在礦井下普及使用。
氣敏傳感器行業已被國家列為重點支持發展的行業，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企業。
發明內容
本發明旨在提供一種可實現對氣體濃度隨時實施監測，其靈敏度與可靠性高、壽命長、耗電少、不存在中毒的采用納米級微孔結構光纖的氣體濃度傳感器。
本發明設有至少1只發光二極管，發光二極管發出的光路上設有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設有玻璃光纖和采用納米級微孔結構的光纖(以下稱納米光纖)，一路光經過自聚焦透鏡耦合進入玻璃光纖，另一路光經自聚焦透鏡耦合進入納米光纖，玻璃光纖、納米光纖的另一端分別接探測光信號的探測器(以下稱光電探測器)，在光電探測器的入射光窗口前設有光濾波片，光電探測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測電路。所說的采用納米級微孔結構的光纖是一種內部布滿納米級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，納米級微孔的直徑為幾十納米至幾百納米。
發光二極管發射與被監測氣體的特征吸收波長相對應的光，分束后分別進入納米光纖和普通光纖，然后分別被兩個光電檢測器接收到經過被檢測氣體吸收的隨濃度變化的和不受被檢測氣體濃度影響的兩路光的強度。兩個光電檢測器的電壓信號被送入差分放大器進行對所測氣體濃度的線性處理和功率放大，并用此經過功放后的電壓信號輸出。由于采用了帶有納米級孔穴光纖與普通的玻璃光纖對分束的光進行光電檢測與差分線性處理，再經過功率放大，因此使本發明與已有傳統的氣體濃度監測儀相比具有體積小、重量輕、靈敏度與可靠性高、壽命長、價格低、不存在中毒、耗電少、只需要更換特殊的發光二極管和與之對應的光電檢測器就很容易實現對多種氣體同時實施監測等優點。
圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。
具體實施例方式
以下實施例將結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明設有至少1只發光二極管1，發光二極管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光信號的光電探測器7和8，在普通玻璃光纖4和納米光纖5與光電探測器7、8的入射光窗口前之間設有光濾波片6，光電探測器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測電路10。
發光二極管可選用日本hamamatsu公司產品，型號為L8245，其發光譜線在波長為1.65μm左右處為峰值。光濾波片僅能通過被檢測氣體特征吸收峰處波長，用以提高監測精度，避免外來電磁波干擾。自聚焦透鏡選用西安同維型號為GL-W-18-025的產品。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品。光電探測器選用日本hamamatsu公司產品，型號為G5851-13，其響應曲線峰值約在1.7μm。差分放大器和濃度監測電路采用市售成品。
根據需要，只要選擇針對被監測氣體所獨具的特征吸收波長的發光二極管、光電檢測器，即可實現對多種氣體(例如甲烷氣體/瓦斯等)同時實施監測。
權利要求
1.一種采用納米級微孔結構光纖的氣體濃度傳感器，其特征在于設有至少1只發光二極管，發光二極管發出的光路上設有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設有玻璃光纖和采用納米級微孔結構的光纖，一路光經過自聚焦透鏡耦合進入玻璃光纖，另一路光經自聚焦透鏡耦合進入納米光纖，玻璃光纖、納米光纖的另一端分別接探測光信號的探測器，在光電探測器的入射光窗口前設有光濾波片，光電探測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測電路，所說的納米光纖是一種內部布滿納米級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
一種采用納米級微孔結構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微孔結構光纖的氣體濃度傳感器。設有至少1只發光二極管，發光二極管發出的光路上設有自聚焦透鏡、在自聚焦透鏡前分別設有玻璃光纖和納米光纖，一路光經過透鏡進入玻璃光纖，另一路光經透鏡進入納米光纖，兩光纖的另一端分別接探測器，在光電探測器前設有光濾波片，探測器輸出端經差分放大器外接氣體濃度監測電路。由于采用納米光纖與玻璃光纖對分束光進行光電檢測與差分線性處理，再經放大，因此其體積小、重量輕、靈敏度與可靠性高、壽命長、價格低、不存在中毒、耗電少、只需更換發光二極管和與之對應的光電檢測器即可實現對多種氣體同時實施監測。
文檔編號G01N21/31GK1584551SQ200410037099
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月2日 優先權日2004年6月2日
發明者高文秀, 許宏高, 高向瞳 申請人:廈門大學