[發明專利]一種干涉型氣體傳感器及其工作方法

有效

• 申請號: 202010416016.6
• 申請日: 2020-05-16
• 公開（公告）號: CN111504950B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉歡;何子陽;白民宇;劉衛國;解飛;趙季杰
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/01
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，包括光源(1)、光纖(2)、測量臂(3)、參考臂(4)和光探測器(5)；所述光源(1)分別通過光纖(2)連接測量臂(3)和參考臂(4)一端，測量臂(3)和參考臂(4)另一端則分別通過光纖(2)連接光探測器(5)；

所述測量臂(3)和參考臂(4)從內到外由同軸的纖芯(6)、二維石墨烯膜層(7)、三維石墨烯膜層(8)以及腔體組成；所述測量臂(3)的腔體由內外表面為網狀結構使得氣體分子能夠自由穿過的筒狀結構(10)以及包覆在筒狀結構(10)內表面的測量臂分子交換膜(9-1)組成，所述參考臂(4)的腔體由內外表面為網狀結構使得氣體分子能夠自由穿過的筒狀結構(10)以及包覆在筒狀結構(10)內表面的參考臂分子交換膜(9-2)組成；所述測量臂分子交換膜(9-1)上有大小相同的小孔，能夠使直徑小于等于被測氣體的氣體分子進入，即所測量氣體能夠進入測量臂(3)，從而光在傳播介質中的折射率改變導致相位發生變化，所述參考臂分子交換膜(9-2)上有大小相同的小孔，只能使直徑小于被測氣體的氣體分子進入，即被測氣體不能進入參考臂(4)，直徑小于被測氣體的氣體分子的進入導致了參考臂(4)中光的相位發生變化，進入了測量臂(3)和參考臂(4)的光的相位由于所進入氣體分子的折射率以及數量的不同，而產生了不同的變化，而這兩束光的相位差則是由被測氣體的濃度所導致的；兩束光分別通過光纖(2)傳出，通過耦合器形成相干光進入光探測器(5)，光探測器(5)探測到光強的變化后，推算出被測氣體濃度的變化。

2.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述測量臂(3)和參考臂(4)為可拆卸型，根據被測氣體不同更換具有不同分子交換膜的測量臂和參考臂。

3.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述光源(1)采用激光光源，其功率為1mW-100mW。

4.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述光纖(2)為石英光纖、摻氟光纖、紅外光纖、復合光纖、氟氯化物光纖、塑包光纖或塑料光纖，光纖(2)直徑為8μm-10μm，光纖(2)傳輸的波長范圍為0.38μm-2.1μm。

5.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述二維石墨烯膜層(7)的厚度為0.5nm-10nm。

6.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述三維石墨烯膜層(8)的厚度為0.5μm-3μm。

7.根據權利要求1所述的一種干涉型氣體傳感器，其特征在于，所述光探測器(5)的響應波長范圍為0.38μm-2.1μm。