一种微型高灵敏度光纤化学传感器

摘要

本发明涉及一种微型高灵敏度光纤化学传感器，属于微型传感器技术领域。具体包括光纤锥、光纤谐振腔、顶盖和底座。光纤谐振腔为中部镀有沸石薄膜的单模光纤(去掉涂覆层)，可有效的增强化学传感器的选择性吸附能力。本发明采用光纤锥作为激发波导来激发谐振腔的回音廊式，具有很高的耦合效率。通过沸石涂层的选择吸收作用，可以实现对特定大小的气体分子的检测。作为承载装置的底座和顶盖结构简单，仅需标准机械加工工艺制备。本发明的传感器，可以实现高灵敏度、高精度检测；可用于检测环境中特定种类分子的存在及浓度；可广泛应用于环境控制、工业过程处理、矿山生产、公共安全设施、国土安全等领域，灵敏度可达ppm甚至ppb量级。

主权项

一种微型高灵敏度光纤化学传感器，其特征在于：包括光纤锥、光纤谐振腔、顶盖和底座；所述的光纤锥为单模光纤去除中间部分的涂覆层，在高温加热和两端拉力的作用下光纤中部逐渐变细形成锥腰、锥腰与两端外光纤的过渡部分呈现锥状；其直径要求使光纤锥内基模与谐振腔内回廊模的相位能够匹配；光纤锥具有很高的耦合效率，能激发谐振腔的回音廊式；光纤锥的一端为光源输入端；另一端为传感信号检测端，用于检测输出光的变化情况；所述的光纤谐振腔为中部镀有沸石薄膜并去掉涂覆层的单模光纤，可有效的增强化学传感器的选择性吸附能力；沸石的微小毛孔使其具有很大的表面积/质量比，能有效地从周围环境中吸附被检测物质的分子，并使其聚集浓缩在一起；被检测物质的分子根据大小和形状的不同而被有选择性地吸附在光纤谐振腔表面，并被定向化和有秩序的排列，使得沸石毛孔的光学结构和光学性质改变；所述的顶盖的截面大小与底座的一样，其上设计制作了样品储存腔和安装孔；所述的底座上设计了光纤锥槽、光纤谐振器槽、样品储存腔、流入通道、流出通道和安装孔；用于固定光纤锥和光纤谐振腔，并为被测气体提供一个密闭的检测环境；上述各部分的连接关系为：光纤锥的锥腰和光纤谐振腔中部的沸石薄膜相接触且垂直；光纤锥放置在底座的光纤锥槽上，光纤谐振腔放置在底座的光纤谐振腔槽上；顶盖和底座用螺栓通过安装孔固定在一起。