[發明專利]基于包層涂覆敏感膜的邁克爾遜干涉式硫化氫傳感器

有效

• 申請號: 201910302334.7
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109991192B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 馮文林;羅太明;楊曉占;余佳浩;劉紹殿
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

本發明公開了基于光纖包層涂覆敏感膜的光纖邁克爾遜干涉式硫化氫氣敏傳感器，將無截止波長光子晶體光纖兩端分別與單模光纖端面進行熔接，靠近光源一端進行熔接拉錐，使得塌陷層較長并加強干涉，另一端正常熔接形成塌陷層并將單模光纖另一端連接法拉第旋光鏡，從而形成邁克爾遜結構的傳感器。將Cu/rGO敏感膜包覆于光子晶體光纖包層，本發明提供的傳感器對硫化氫氣體有明顯的選擇性，在硫化氫氣體濃度為0?70ppm范圍內，隨著被測氣體濃度不斷增大，其干涉光譜呈現明顯紅移，且線性度較好,其響應恢復時間分別為70s和88s。該傳感器成本低、靈敏度高、選擇性強、結構簡單，適用于低濃度硫化氫氣體靈敏性探測。

技術領域

本發明涉及硫化氫傳感器技術領域，特別涉及一種基于包層涂覆敏感膜的邁克爾遜干涉式硫化氫傳感器。

背景技術

硫化氫(hydrogen sulfide,簡寫為：H₂S)是無色易燃，臭雞蛋味的毒性氣體。硫化氫天然的溶脂性使其極易被身體吸收，主要途徑為肺部，作用于血液和心臟。該氣體在下水道、水庫、石化工廠、重水生產、農業及溫泉中常見，相應的中毒事件也時有發生。目前國內外對H₂S檢測常用金屬氧化物半導體型、電化學固體電解質型和電化學高分子電解質型、旁熱電阻型等傳感器，但在選擇性、穩定性、可靠性方面都還存在一定問題。光纖邁克爾遜干涉式傳感器選擇性強、穩定性良好、靈敏度高并且體積小、成本低、結構簡單。同時此類傳感器在溫度、壓力、應變測量與濾波調制等方面有諸多優勢應用，由此基于邁克爾遜干涉式傳感器對H₂S氣體檢測有重要的指導意義。氣體檢測中，敏感膜的選擇尤為重要，還原氧化石墨烯(rGO)復合納米銅后，其光穩定性和光電流密度得到提高，Cu的加入可以提高rGO表面羥基接受氣體分子的能力和吸附效率。結合Cu/rGO薄膜的光纖氣體傳感器在新型光學氣敏傳感器件的開發領域有重要的理論和實踐意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于包層涂覆敏感膜的邁克爾遜干涉式硫化氫傳感器，該傳感器成本低、靈敏度高、選擇性強、結構簡單，適用于低濃度硫化氫氣體靈敏性探測。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供的基于包層涂覆敏感膜的邁克爾遜干涉式硫化氫傳感器，包括第一單模光纖、光子晶體光纖、第二單模光纖、敏感膜和旋光鏡；

所述光子晶體光纖的一端熔接第一單模光纖；所述光子晶體光纖的另一端熔接第二單模光纖；所述敏感膜涂覆于光子晶體光纖的包層上；所述第二單模光纖的另一端連接旋光鏡。

進一步，所述光子晶體光纖與第一單模光纖之間采用拉錐熔接方式連接，以適于形成作為功率耦合器的錐形結構。

進一步，所述敏感膜為Cu/rGO敏感膜。

進一步，所述旋光鏡將穿過包層光和纖芯光反射在錐形結構，以適于耦合回光子晶體光纖的纖芯中。

進一步，所述光子晶體光纖為無截止波長光子晶體光纖。

進一步，所述Cu/rGO敏感膜包覆層按照以下步驟進行制作，具體步驟如下：

①將適量的氧化石墨烯水分散液放入到異丙醇和過氧化氫溶液中混合均勻分散，得到GO混合溶液；

②將適量納米銅水分散液加入到異丙醇中超聲分散，得到納米Cu混合溶液；

③將熔接好的PCF浸沒在GO混合溶液中一段時間后，取出用熱空氣干燥，再浸沒在納米Cu溶液中一段時間后，取出干燥，重復操作，直到在PCF外包覆上Cu/rGO復合膜；

④將包覆好的光纖置于預設溫度環境中并靜置一段時間后，轉移到真空冷凍干燥機中干燥后取出；

⑤將干燥好的光纖放入馬弗爐中氮氣煅燒，使得氧化石墨烯在高溫下還原。

進一步，所述預設溫度環境為-25℃至-15℃環境。