一种基于模间干涉的光子晶体光纤甲烷传感装置

摘要

一种基于模间干涉的光子晶体光纤甲烷传感装置，由宽带光源、光环形器、包层空气孔涂覆聚合物敏感薄膜的光子晶体光纤甲烷传感器、测试气室、开关阀门、质量流量控制器、光谱分析仪和计算机构成。其中，光纤甲烷传感器由单模光纤、光子晶体光纤以及两者的熔接区域构成，采用的光子晶体光纤为无截止单模实芯光子晶体光纤；聚合物敏感薄膜为含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜，通过气压驱动装置将其涂覆于光子晶体光纤包层空气孔内壁；当待测甲烷气体与光子晶体光纤包层空气孔内壁的敏感薄膜作用时，敏感薄膜折射率改变，使传感器反射干涉谱特征波长移动，分析传感器与甲烷气体接触前后反射干涉谱特征波长的平均移动量即可获取待测甲烷气体浓度。本发明具有灵敏度高、稳定性和选择性好等特点。

主权项

一种基于模间干涉的光子晶体光纤甲烷传感装置，包括宽带光源、光环形器、光纤甲烷传感器、测试气室、开关阀门、质量流量控制器、光谱分析仪和计算机；所述宽带光源通过光环形器的输入端连接到光纤甲烷传感器的单模光纤，光纤甲烷传感器的反射干涉信号返回到单模光纤并通过光环形器的输出端连接光谱分析仪和计算机；所述光纤甲烷传感器位于测试气室内，测试气室有通入待测甲烷气体的进气口和出气口，进气口通过开关阀门连接控制待测甲烷气体的质量流量控制器；其特征在于：所述光纤甲烷传感器由单模光纤、光子晶体光纤以及两者的熔接区域构成，采用无截止单模实芯光子晶体光纤，在光子晶体光纤包层空气孔内壁涂覆有聚合物敏感薄膜，所述聚合物敏感薄膜为含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜，其膜厚为200～300nm；所述含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜是将聚碳酸酯树脂、笼形分子E‑(OC₂H₅)₆溶于四氢呋喃，超声混合均匀而得，用量分别为笼形分子E‑(OC₂H₅)₆ 135μmol，聚碳酸酯树脂1g，四氢呋喃20mL；所述含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜通过气压驱动装置涂覆于光子晶体光纤包层空气孔内壁；通过气压驱动装置涂覆含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜方法如下：(1)将光子晶体光纤固定于气压驱动装置底座的底部，溶液流动方向为自上而下；(2)采用气压驱动装置，施加氮气压力0.15MPa，依次用蒸馏水、无水乙醇、丙酮清洗长度l＝30cm的光子晶体光纤包层空气孔；(3)采用气压驱动装置，施加氮气压力0.15MPa，使γ―(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂水溶液通过光子晶体光纤包层空气孔，形成硅烷偶联剂薄膜；(4)采用气压驱动装置，施加氮气压力0.15MPa，使含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆、聚碳酸酯树脂、四氢呋喃混合溶液通过光子晶体光纤包层空气孔，形成含笼形分子E‑(OC₂H₅)₆的聚碳酸酯树脂甲烷敏感薄膜并通过硅烷偶联剂固定于包层空气孔内壁；多次气压驱动涂覆，使甲烷敏感薄膜厚度达到所需要求。