[發(fā)明專利]一種基于空芯Bragg光纖的PM2.5

有效

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• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108387494B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 楊建春;沈睿;王燦;劉云紅;陳偉民
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/41
• 代理公司: 重慶信航知識產(chǎn)權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

1.一種基于空芯Bragg光纖的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：包括超輻射寬帶光源SLD、光纖PM_2.5濃度傳感器、測試氣室、PM_2.5發(fā)生器、開關閥門、氣體流量計、光譜分析儀和與光譜分析儀連接的計算機；

所述光纖PM_2.5濃度傳感器由一支單模光纖、一支空氣纖芯內表面涂覆有摻碘聚乙炔光致導電吸附薄膜的空芯Bragg光纖、一支多模光纖、以及兩個光纖連接器組成，單模光纖的輸出端通過光纖連接器與空芯Bragg光纖的輸入端連接，空芯Bragg光纖的輸出端通過光纖連接器與多模光纖的輸入端連接；

所述的空芯Bragg光纖由直徑為200μm的空氣纖芯、包圍在空氣纖芯外的一維光子晶體層、包圍在一維光子晶體層外的包層構成；所述一維光子晶體層由周期性交叉分布的高折射率層和低折射率層組成，各高折射率層的折射率和厚度相同，各低折射率層的折射率和厚度也相同，該空芯Bragg光纖的傳輸波段中心波長在1.55μm；

所述光纖PM_2.5濃度傳感器設置于測試氣室內，所述測試氣室上設置有進氣口和出氣口，所述進氣口通過開關閥門分別與PM_2.5發(fā)生器和控制氮氣流量的氣體流量計連接；所述空芯Bragg光纖的兩端開口端直接與測試氣室內的待測物質相通；所述輻射寬帶光源SLD與單模光纖的輸入端連接，所述光譜分析儀與多模光纖的輸出端連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于空芯Bragg光纖的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：所述摻碘聚乙炔光致導電吸附薄膜通過如下步驟涂覆在空芯Bragg光纖的纖芯內表面上：

第一步、在空芯Bragg光纖內壁制備銀層，其包括：

I、將空芯Bragg光纖依次在去離子水、無水乙醇、丙酮中超聲5min以清潔內外表面，將清洗后的空芯Bragg光纖放入真空干燥箱中，在60℃條件下干燥20min；

II、準確稱取1g氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)，將稱取的SnCl₂·2H₂O溶于5mL濃氯化氫和100mL去離子水組成的溶液中，并向溶液中加入適量錫粒，配置成濃度為10g/L的敏化液，將空芯Bragg光纖放入敏化液敏化，敏化時間為5min，然后用去離子水清洗空芯Bragg光纖；

III、以去離子水為介質，配置濃度為0.3g/L的氯化鈀活化液，將空芯Bragg光纖放入氯化鈀活化液進行活化，保持溫度為30-45℃，活化時間為3～8分鐘；

IV、配制3.5g/100mL的硝酸銀溶液10mL，緩慢滴加28％的氨水直至沉淀剛好溶解，再滴加38％的乙醛5滴，保持溫度為60-80℃，通過蠕動泵使溶液緩慢通過已經(jīng)活化、敏化處理的光纖內部，直至光纖內壁沉積均勻的銀層；

第二步、制備摻碘聚乙炔薄膜，其包括：

a、將空芯Bragg光纖兩端用橡膠塞密封，并在兩端橡膠塞上分別預留兩小孔，使得金或鉑絲對電極和電解液通過；

b、以去離子水為介質，配制具有催化作用的電解液，通入乙炔氣體至飽和，使電解液自下而上通過光纖內部；

c、將Bragg光纖內壁銀層作為工作電極，金或鉑絲為對電極，使用電化學工作站控制電流密度為1～3mA·cm^-2，在室溫下進行聚乙炔薄膜的電化學合成；

d、控制電流密度和反應時間，直至獲得厚度為130nm～170nm的聚乙炔薄膜；

e、向光纖內通入去離子水、無水乙醇、丙酮以清潔未反應的電解質，將清洗后的光纖放入真空干燥箱中，在60℃條件下干燥2小時，用碘蒸汽對聚乙炔薄膜進行摻雜，得到厚度均勻的且對PM_2.5敏感的摻碘聚乙炔薄膜。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于空芯Bragg光纖的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：所述高折射率層為硅層，所述低折射率層為二氧化硅層。