[實用新型]一種光纖傳感頭及其有機氣體光纖傳感裝置

有效

• 申請號: 201820197325.7
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN207730653U
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 唐潔媛;余健輝;陳哲;朱文國;張軍;李志斌;冼嘉棋;蔡曉潔
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G02F1/13
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 邱奕才;凌衍芬

本實用新型涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種光纖傳感頭及其有機氣體光纖傳感裝置。光纖傳感頭包括兩端固定在支架上的側邊拋磨光纖，側邊拋磨光纖的拋磨區懸空朝上，拋磨區上均勻涂覆有膽甾相液晶薄膜。本實用新型的光纖傳感頭將敏感材料膽甾相液晶薄膜涂覆到側邊拋磨光纖的拋磨平坦區構成，膽甾相液晶薄膜構成一高折射率波導，拋磨光纖纖芯中的光場與液晶波導中的高階模相互耦合，在側邊拋磨光纖的輸出光譜中可以看到多個共振峰。當有機氣體滲透進液晶薄膜時，會引起液晶波導的有效折射率發生改變，導致光纖傳輸光譜中共振峰發生漂移，實現有機氣體的傳感，可以將本實用新型中的光纖傳感頭應用于有機氣體的檢測。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，更具體地，涉及一種光纖傳感頭及其有機氣體光纖傳感裝置。

背景技術

目前有很多技術可以檢測有機氣體分子，比如氣相色譜分析法，離子遷移譜，質譜分析法等。盡管這些技術在檢測有機氣體時，具有很好的靈敏度和準確性，但需要龐大昂貴的儀器設備和復雜的操作流程，且無法實時在線檢測微小空間內的有機氣體。

氣體傳感器是一種將氣體中的特定成份檢測出來并轉化成電信號的器件，可以用來對有毒、有害氣體的探測，對易爆易燃等氣體的安全報警，對人類生產生活中所需了解的氣體進行檢測、分析研究等。電子傳感器是其中一類氣體傳感器，其具有相對小的體積，但是電子傳感器需要電，容易產生電火花并引起有機氣體爆炸，且容易受到電磁干擾的影響。

光纖傳感器是一項正在發展中的具有廣闊前景的高新技術，光纖傳感器不容易受到電磁干擾的影響、不容易與其它物質發生化學反應、成本低、響應快、可以與光通信設備無縫連接。近些年，學者們研究了各種結構的光纖傳感器并用于有機氣體的檢測，比如熒光型光纖氣體傳感器、光譜吸收型光纖氣體傳感器等。光譜吸收型傳感器是利用有機氣體的吸收譜，而熒光型傳感器利用有機氣體的熒光光譜，或者有機氣體對熒光材料所發射熒光的淬滅作用實現檢測。光譜吸收型和熒光型光纖氣體傳感器需要體積龐大的氣室，需要對氣體進行取樣，難以實現氣體的在線檢測。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種能夠用于實時、在線、原位檢測有機氣體的光纖傳感頭，還提供一種基于該光纖傳感頭的有機氣體光纖傳感裝置。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種光纖傳感頭，包括兩端固定在支架上的側邊拋磨光纖，側邊拋磨光纖的拋磨區懸空朝上，拋磨區上均勻涂覆有膽甾相液晶薄膜。

膽甾相液晶分子的排列呈層狀分布，層內液晶分子取向相互平行，而相鄰層之間的分子取向逐漸扭曲，經過若干層之后，分子取向正好旋轉360°。這種螺旋結構是由液晶分子之間的弱相互作用形成的，所以膽甾相液晶分子的取向很容易受到外界刺激的影響，導致其有效折射率發生變化。有機氣體分子滲透膽甾相液晶后，會使得膽甾相液晶分子的螺旋排列發生變化，因此，可通過檢測膽甾相液晶的反射譜來傳感有機氣體。本發明中的光纖傳感頭是將敏感材料膽甾相液晶薄膜涂覆到側邊拋磨光纖的拋磨平坦區構成，側邊拋磨光纖上的膽甾相液晶薄膜構成一高折射率波導，拋磨光纖纖芯中的光場與液晶波導中的高階模相互耦合，在側邊拋磨光纖的輸出光譜中可以看到多個共振峰。當有機氣體滲透進液晶薄膜時，會引起液晶波導的有效折射率發生改變，導致光纖傳輸光譜中共振峰發生漂移，實現有機氣體的傳感。由于光纖尺寸小，直接將膽甾相液晶涂覆到光纖上形成小型的光纖傳感器，可以應用于微小空間內有機氣體的檢測，而且是可以直接放置在待檢測的環境中進行檢測，可以實現有機氣體的實時、在線、原位檢測。