CN209542438U - 具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，其特征包括：ASE宽带光源、一号单模光纤、镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头、二号单模光纤以及光谱仪；所述的双锥形微纳光纤光栅通过氢氧焰拉锥法将普通单模光纤拉锥得到，钴掺杂的二氧化锡纳米球膜包覆在双锥形微纳光纤光栅的锥体部分。钴掺杂的二氧化锡纳米球膜具有良好的气敏性，应用在气体传感器上具有优越性。一氧化氮作用在钴掺杂的二氧化锡纳米球膜上，双锥形微纳光纤光栅中倏逝场产生变化，进而检测到透射窗口的位置和线宽的变化，通过光谱仪间接地测出是否存在一氧化氮。由于采用了具有温度补偿的光纤光栅，可以排除外界温度对测量结果的影响。

Description

具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统

技术领域

本实用新型属于光纤检测领域，具体涉及一种具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统。

背景技术

二氧化锡是一种重要的半导体传感器材料，用它制备的气敏传感器灵敏度高，被广泛用于各种可燃气体、环境污染气体、工业废气以及有害气体的检测和预报。二氧化锡纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面较传统二氧化锡而言都会发生显著的变化，所以可以通过运用纳米材料来改善传感器材料的性能。近些年,通过对钴掺杂的二氧化锡纳米球的研究,我们发现用其作为气体传感器的敏感材料进一步提高了其检测的灵敏度。

一氧化氮是一种无色无味气体，对其进行检测在我们日常生活中有着举足轻重的地位。倘若吸入这种气体后，更容易造成人体缺氧,因为其与血红蛋白的结合能力比一氧化碳还强。接触空气易被空气二氧化氮产生刺激性作用，而后者有强烈腐蚀性和毒性。除此之外，一氧化氮对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。为了尽可能减少危险事故的发生，对一氧化氮气体泄露的区域进行气体浓度实时检测，以便及时对它们进行处理。因此,快速、准确的对一氧化氮气体检测具有积极的作用。

近些年来，对微纳光纤光栅的研究和应用得到了迅速的发展，逐渐成为光纤光栅研究领域的热点。微纳光纤光栅的强倏逝场传输和波长选择的光学特性，使其对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性，因此在光纤传感领域微纳光纤具有极高的应用价值。微纳光纤光栅传感器除具备传统光纤传感器的优点，还具有结构紧凑、成本低等优势，可达到极高的测量灵敏度。

目前，大多气体传感器存在稳定性较差,制备技术繁琐，对一氧化氮气体的反应不够灵敏。相对于其他类型的气体传感器，基于微纳光纤光栅的一氧化氮气体检测装置采用钴掺杂的二氧化锡纳米球包覆在双锥形微纳光纤光栅的锥体部分，解决了对一氧化氮气体反应的灵敏度问题。由于采用全光纤结构，因此，本装置还具备稳定性强，操作简单的优点。

发明内容

本实用新型实例的构建实施提供了具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，解决光纤传感器的稳定性差，制备技术繁琐以及对一氧化氮气体反应的灵敏度问题，并排除了外界温度对检测的影响，实现了微纳光纤光栅气体传感头对一氧化氮气体的检测。

为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：

提供了一种具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，该传感器装置包括ASE宽带光源(1)、一号单模光纤(2)、镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)、二号单模光纤(4)、光谱仪(5)；

其中镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)中包含具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)和钴掺杂的二氧化锡纳米球膜(3-2)；

ASE宽带光源(1)通过一号单模光纤(2)连接镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)一侧，镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)另一侧通过二号单模光纤(4)连接光谱仪(5)。

所述的具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，其特征在于：所述的镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)其内部包含具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)和表面镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜(3-2)；其光纤光栅的布拉格波长为1548.726nm；具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)是通过氢氧焰拉锥法将普通单模光纤拉锥得到的,其中钴掺杂的二氧化锡纳米球包覆在具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)的锥体部分。

与现有技术相比,本实用新型的有益成效是：

1、与传统气体传感器相比，本实用新型提供的具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统解决了光纤气体传感器的稳定性差，制备技术繁琐以及对一氧化氮反应的灵敏度问题。

2、本实用新型提供的具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，其中钴掺杂的二氧化锡纳米球膜包覆在双锥形微纳光纤光栅的锥体部分，在进行一氧化氮气体检测时，极大地改善了对气体反应的灵敏度问题。

3、本实用新型提供的具有温度补偿的微纳光纤光栅的一氧化氮气体检测系统，当一氧化氮气体作用在双锥形微纳光纤光栅上，造成双锥形微纳光纤光栅中倏逝场的变化，进而检测到透射窗口的位置和线宽发生变化，通过光谱仪间接地测出是否存在一氧化氮气体，同时由于采用了具有温度补偿的光纤光栅，可以排除外界温度对测量结果的影响。

附图说明

图1为本实用新型具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统示意图。

图2为微纳光纤光栅气体传感头示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，如图1所示，它包括ASE宽带光源(1)、一号单模光纤(2)、镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)、二号单模光纤(4)、光谱仪(5)；微纳光纤光栅气体传感头(3)中包含具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)和钴掺杂的二氧化锡纳米球膜(3-2)；ASE宽带光源(1)通过一号单模光纤(2)连接镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)一侧，镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)另一侧通过二号单模光纤(4)连接光谱仪(5)。

所述的具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，其特征在于：所述的镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头(3)其内部包含具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)和钴掺杂的二氧化锡纳米球膜(3-2)；其光纤光栅的布拉格波长为1548.726nm；具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)是通过氢氧焰拉锥法将普通单模光纤拉锥得到的,其中钴掺杂的二氧化锡纳米球膜包覆在具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅(3-1)的锥体部分。

工作过程：首先将光路连接好，打开ASE宽带光源产生信号光，信号光经由一号单模光纤输入到包覆有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅上。当有一氧化氮气体存在时，一氧化氮气体便会吸附到微纳光纤光栅气体传感头上，此时微纳光纤光栅中传输的特定部分光波将以倏逝波的形式在周围介质中传输，从而导致光纤布拉格光栅纤芯的有效折射率发生变化，布拉格反射峰值波长会发生漂移。透射光再经由二号单模光纤传输到光谱仪上，从光谱仪透射谱上观测到透射窗口的位置和线宽的变化，进而间接地测出是否存在一氧化氮气体，同时由于采用了具有温度补偿的光纤光栅，则可以排除外界温度对测量结果的影响。

Claims (1)

1.具有温度补偿的微纳光纤光栅一氧化氮气体检测系统，其特征在于：它包括ASE宽带光源（1）、一号单模光纤（2）、镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头（3）、二号单模光纤（4）、光谱仪（5），构成检测系统；ASE宽带光源（1）通过一号单模光纤（2）连接镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头（3）一侧，镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头（3）另一侧通过二号单模光纤（4）连接光谱仪（5）；所述的镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜的微纳光纤光栅气体传感头（3）其内部包含具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅（3-1）和表面镀有钴掺杂的二氧化锡纳米球膜（3-2）；其光纤光栅的布拉格波长为1548.726nm；具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅（3-1）是通过氢氧焰拉锥法将普通单模光纤拉锥得到的，其中钴掺杂的二氧化锡纳米球膜包覆在具有温度补偿的双锥形微纳光纤光栅（3-1）的锥体部分。