专利名称：一种采用纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体浓度传感器，尤其是一种带有纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器。
背景技术：
各种气体(例如甲烷、H2O、NH3、CO、CO2、H2S等)浓度的检测对经济发展与社会进步有着重要的意义，以瓦斯(又名甲烷，沼气)为例，瓦斯爆炸是我国煤矿生产事故的最主要原因，若空气中瓦斯的浓度在5.0％～16％；则在有明火的情况下即会发生爆炸。在造成瓦斯爆炸的原因中，检测设备不足、性能差，检测手段落后是其重要原因之一。目前使用的甲烷检测仪中所用的传感器是基于热催化检测和光干涉检测原理两种，由于其价格高、体积大、检测时间长、使用不便，基本上无法在矿井下普及使用。
气敏传感器行业已被国家列为重点支持发展的行业，已有不少的甲烷气体传感器件和煤矿安全仪器气敏传感器生产企业。

发明内容
本发明旨在提供一种可实现对气体浓度随时实施监测，其灵敏度与可靠性高、寿命长、耗电少、不存在中毒的采用纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器。
本发明设有至少1只发光二极管，发光二极管发出的光路上设有自聚焦透镜、在自聚焦透镜前分别设有玻璃光纤和采用纳米级微孔结构的光纤(以下称纳米光纤)，一路光经过自聚焦透镜耦合进入玻璃光纤，另一路光经自聚焦透镜耦合进入纳米光纤，玻璃光纤、纳米光纤的另一端分别接探测光信号的探测器(以下称光电探测器)，在光电探测器的入射光窗口前设有光滤波片，光电探测器的输出端接差分放大器的输入端，差分放大器的输出端外接气体浓度监测电路。所说的采用纳米级微孔结构的光纤是一种内部布满纳米级的连通或部分连通的微孔，可传输光，气体也可以自由出入微孔的光纤，纳米级微孔的直径为几十纳米至几百纳米。
发光二极管发射与被监测气体的特征吸收波长相对应的光，分束后分别进入纳米光纤和普通光纤，然后分别被两个光电检测器接收到经过被检测气体吸收的随浓度变化的和不受被检测气体浓度影响的两路光的强度。两个光电检测器的电压信号被送入差分放大器进行对所测气体浓度的线性处理和功率放大，并用此经过功放后的电压信号输出。由于采用了带有纳米级孔穴光纤与普通的玻璃光纤对分束的光进行光电检测与差分线性处理，再经过功率放大，因此使本发明与已有传统的气体浓度监测仪相比具有体积小、重量轻、灵敏度与可靠性高、寿命长、价格低、不存在中毒、耗电少、只需要更换特殊的发光二极管和与之对应的光电检测器就很容易实现对多种气体同时实施监测等优点。


图1为本发明实施例的结构组成示意图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明设有至少1只发光二极管1，发光二极管1接自聚焦透镜2和3，在自聚焦透镜2和3上分别接普通玻璃光纤4和一根纳米光纤5，普通玻璃光纤4和纳米光纤5的另一端分别接探测光信号的光电探测器7和8，在普通玻璃光纤4和纳米光纤5与光电探测器7、8的入射光窗口前之间设有光滤波片6，光电探测器7和8的输出端接差分放大器9的输入端，差分放大器9的输出端外接气体浓度监测电路10。
发光二极管可选用日本hamamatsu公司产品，型号为L8245，其发光谱线在波长为1.65μm左右处为峰值。光滤波片仅能通过被检测气体特征吸收峰处波长，用以提高监测精度，避免外来电磁波干扰。自聚焦透镜选用西安同维型号为GL-W-18-025的产品。普通玻璃光纤选用直径为0.6mm的玻璃光纤。滤波片选用武汉理邦光电子公司产品。光电探测器选用日本hamamatsu公司产品，型号为G5851-13，其响应曲线峰值约在1.7μm。差分放大器和浓度监测电路采用市售成品。
根据需要，只要选择针对被监测气体所独具的特征吸收波长的发光二极管、光电检测器，即可实现对多种气体(例如甲烷气体/瓦斯等)同时实施监测。
权利要求
1.一种采用纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器，其特征在于设有至少1只发光二极管，发光二极管发出的光路上设有自聚焦透镜、在自聚焦透镜前分别设有玻璃光纤和采用纳米级微孔结构的光纤，一路光经过自聚焦透镜耦合进入玻璃光纤，另一路光经自聚焦透镜耦合进入纳米光纤，玻璃光纤、纳米光纤的另一端分别接探测光信号的探测器，在光电探测器的入射光窗口前设有光滤波片，光电探测器的输出端接差分放大器的输入端，差分放大器的输出端外接气体浓度监测电路，所说的纳米光纤是一种内部布满纳米级的连通或部分连通的微孔，可传输光，气体也可以自由出入微孔的光纤，纳米级微孔的直径为几十纳米至几百纳米。
全文摘要
一种采用纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器，涉及一种气体浓度传感器，尤其是一种带有纳米级微孔结构光纤的气体浓度传感器。设有至少1只发光二极管，发光二极管发出的光路上设有自聚焦透镜、在自聚焦透镜前分别设有玻璃光纤和纳米光纤，一路光经过透镜进入玻璃光纤，另一路光经透镜进入纳米光纤，两光纤的另一端分别接探测器，在光电探测器前设有光滤波片，探测器输出端经差分放大器外接气体浓度监测电路。由于采用纳米光纤与玻璃光纤对分束光进行光电检测与差分线性处理，再经放大，因此其体积小、重量轻、灵敏度与可靠性高、寿命长、价格低、不存在中毒、耗电少、只需更换发光二极管和与之对应的光电检测器即可实现对多种气体同时实施监测。
文档编号G01N21/31GK1584551SQ200410037099
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月2日 优先权日2004年6月2日
发明者高文秀, 许宏高, 高向瞳 申请人:厦门大学