[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

本發(fā)明公開了一種基于空芯Bragg光纖的PM_2.5濃度檢測裝置，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，光纖PM_2.5濃度傳感器由單模光纖、空氣纖芯內(nèi)表面涂覆有摻碘聚乙炔光致導電吸附薄膜的空芯Bragg光纖、多模光纖、以及光纖連接器組成。本發(fā)明在空芯Bragg光纖的空氣纖芯內(nèi)表面涂覆對PM_2.5粒子具有光致導電吸附作用的摻碘聚乙炔納米薄膜，能夠充分發(fā)揮傳感器的吸附作用，基于此形成的PM_2.5濃度傳感器，表現(xiàn)出靈敏度高、結構簡單等特點。

技術領域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于薄膜折射率變化的空芯 Bragg光纖細顆粒物濃度檢測裝置。

背景技術

大氣細顆粒物PM_2.5是空氣污染首要的污染物，PM_2.5是空氣動力學直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。大氣中PM_2.5的主要來源有：燃煤，硫酸鹽，硝酸鹽及有機物等。PM_2.5對人體健康，日常生活以及大氣環(huán)境質(zhì)量造成巨大影響。因此，對大氣細顆粒物PM_2.5的質(zhì)量濃度進行檢測，對于減少人群患病率，保障生命安全，預防空氣污染的發(fā)生具有十分重要的意義。

目前用于空氣中細顆粒物PM_2.5質(zhì)量濃度的檢測方法主要有重量法，β射線衰減法以及光散射法等。其中，重量法是通過顆粒物采樣器將大氣中的顆粒物采樣到采樣器中，然后被測氣體進入PM_2.5切割器，將直徑大于2.5微米的顆粒分離，直徑小于或等于2.5微米的顆粒隨著氣流經(jīng)分離器出口被阻留在已恒重的濾膜上。根據(jù)采樣前后濾膜的重量差以及采樣的體積，計算出PM_2.5的質(zhì)量濃度。但是這種方法的準確性基本取決于采樣流量和分析所用的天平誤差的不確定度，且存在不能實時在線測量，操作繁瑣，采樣器笨重等缺點。β射線衰減法的工作原理是環(huán)境空氣由采樣器吸入，通過切割器和濾膜后排出，直徑小于或等于2.5微米的顆粒物沉積在濾膜上面，當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時會發(fā)生能量的衰減，通過對β射線衰減量的測定求出PM_2.5的質(zhì)量濃度。但是β射線衰減法測量的準確性不僅與采樣器的采樣流量有關，還受到顆粒成分的影響，且易受外界環(huán)境因素的影響。光散射法主要基于Mie(米氏)散射，光源發(fā)出一束光射向氣流通道，光在顆粒物上發(fā)生散射，射向各個方向，通過在一定方向上的某一立體角接收到的光強差能求出PM_2.5的質(zhì)量濃度。光散射法測量速度快，準確度高，能在線檢測，但是此光學系統(tǒng)較為復雜。

光纖傳感器是一種體積小，耐腐蝕，可實現(xiàn)遠距離長期在線監(jiān)測，傳感單元結構簡單，穩(wěn)定可靠，易組成光纖傳感網(wǎng)絡的光學型細顆粒物PM_2.5傳感器。

在基于光譜強度調(diào)制的光纖細顆粒物PM_2.5傳感器研究方面，苗心向等(強激光與粒子束,2014,26(11):216-219.)根據(jù)微納光纖的強約束能量和大倏逝場的特點，利用微納光纖表面吸附氣溶膠顆粒后引起附加損耗的特點，提出了一種基于微納光纖傳感的密閉空間氣溶膠檢測方法，其傳感裝置主要由半導體激光器(1550nm)、直徑為1.5μm的微納光纖傳感器，探測器和計算機組成，其氣溶膠傳感過程對光源穩(wěn)定性有較高的要求。Hongyi Qin等(Journal of Aerosol Science，2012,45,19～25.)提出一種基于聚吡咯納米薄膜的氣溶膠光纖傳感方案，在已磨平的光纖末端上涂覆聚吡咯納米薄膜，氣溶膠粒子與聚吡咯納米薄膜光致靜電作用，從而改變聚吡咯納米薄膜的光學性質(zhì)，當光纖的入射光被薄膜反射時，探測器可以探測到反射信號光強的變化量，即可得到氣溶膠濃度。其具有體積小，操作簡單，有效的降低了探測成本，但是該方法對涂覆層的均勻性，光滑程度有較高要求，且傳感信號屬于強度調(diào)制，易受環(huán)境溫濕度波動等影響。

發(fā)明內(nèi)容