[實用新型]密閉空間內分子態有機污染物在線監測裝置

有效

• 申請號: 201720929902.2
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN206920334U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 周國瑞;苗心向;蔣一嵐;馬自強;牛龍飛;呂海兵;劉昊;李可欣;周海;袁曉東
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 鄭健

技術領域

本實用新型屬于傳感器技術領域，具體涉及一種密閉空間內分子態有機污染物在線監測裝置。

背景技術

隨著現代技術的日新月異，對實驗和生產領域的環境要求越來越高，對環境傳感技術有著廣泛的需求與應用。高功率激光裝置需要在潔凈環境中運行，若光學元件表面在工作過程中附著污染物，將導致光學元件的損傷及整個裝置負載能力的下降。美國能源部曾組織專家對其國家點火裝置(National Ignition Facility,NIF)進行評估時明確指出了潔凈控制不到位導致的元件損傷是制約NIF裝置高通量運行的主要因素之一。激光裝置運行環境潔凈度對負載能力的影響是一個長期累積的效應，環境中的污染物通過沉降、吸附等過程到達光學元件表面，從各個方面影響光學元件性能。

另一方面，高功率激光裝置均為巨大而復雜的真空系統，需要大量的潤滑劑、沾合劑、高分子材料、墊圈等等，在低真空情況下，這些材料會產生揮發形成分子態污染物，而在激光器工作情況下會產生高能雜散光，在強光的照射下會加劇這些材料的揮發。這些污染物將沉積在光學器件表面形成薄膜(嚴重時甚至匯聚成顆粒污染物)，一方面會影響光束質量，另一方面會吸收激光能量產生微爆炸，在光學器件表面形成微損傷，這種損傷的積累最終導致光學元件損傷閾值的下降，并進一步導致光學元件的損壞。

為保證高功率激光系統的持續穩定工作，必須對激光裝置中分子態有機污染物進行實時在線監測。目前有機污染物的測量方法主要有以下幾種方式：

(1)光散射法。該方法只能研究空氣中漂浮的顆粒，不合適在高真空度的環境中使用，復雜的結構容易引入二次污染；

(2)石英晶體微平衡法。該方法由于是體諧振式傳感，其諧振頻率最高為20MHz，受限于諧振頻率，理論探測極限為納克量級；

(3)聲表面波。該方法的表面積大(幾個平方毫米)且對光刻技術要求高，限制其發展；

(4)薄膜體聲波諧振法。該方法只適合質量均勻分布的情況，且傳感面積較小。

以上方法均不適用于高功率固體激光裝置中，所以研制出具備高靈敏度、準分布測量、易擴展、實時在線以及可重復使用的分子態污染物在線監測傳感器成為當務之急。

實用新型內容

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種密閉空間內分子態有機污染物在線監測裝置，包括：超輻射發光二級管，其出射光的光路上依次連接偏振控制器、微納光纖耦合器傳感單元和光譜儀；

其中，所述微納光纖耦合器傳感單元包括微納光纖耦合器和包覆在其表面的用于吸附密閉空間內分子態有機污染物的納米空心球膜層。

優選的是，所述微納光纖耦合器采用兩根單模光纖纏繞在一起，放入光纖拉制平臺拉制而成，其橫向寬度為4-6μm。

優選的是，所述單模光纖為SMF28單模光纖。

優選的是，所述納米空心球膜層采用提拉鍍膜法附著在微納光纖耦合器的表面，其厚度為70-200nm。

本實用新型至少包括以下有益效果：利用在微納光纖耦合器中傳輸的光譜受到環境的影響，諧振波長與環境折射率存在對應關系，當微納光纖耦合器表面的納米空心球膜層吸附污染物后導致其表面折射率發生變化，從而使輸出光譜中的波谷波發生偏移，利用光纖光譜儀對光譜進行在線監測，通過波長偏移量反推有機污染物濃度。

該裝置及方法客服了傳統方法不合適在高真空度的環境中使用、復雜的結構容易引入二次污染、探測極限低、探測面積較小、對光源輸出能量穩定性要求高等缺點，能夠很好的滿足潔凈空間對分子態有機污染物進行在線監測的特殊要求，同時可以實現易集成、易擴展、靈敏度高、準分布及高效實時在線測量，從根本上解決測量分子態有機污染物的難題。

本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明：

圖1為本實用新型一種密閉空間內分子態有機污染物在線監測的裝置示意圖；

圖2為微納光纖耦合器的結構示意圖；

圖3示出了在50度下，有機物檢測開始時與8分鐘后光譜對比圖；

圖4示出了在50度下，不同干涉級次對分子態有機污染物的響應

其中，1為超輻射發光二級管(SLD光源)，2為偏振控制器，3為微納光纖耦合器傳感單元，4為光譜儀，5為輸入端，6為微納光纖耦合器，7為納米空心球膜層，8為輸出端。