[發明專利]一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置及實現方法

有效

• 申請號: 202011302619.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112432912B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 馮月;陳姣姣;沈濤;劉馳;恭艾娜;王振家;梁涵;宋明歆;姜金剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/41;G01N21/45;G01N21/01
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1.一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置，其特征在于：它包括ASE光源(1)、光纖耦合器(2)、傳感單元(3)、紫外光(4)、光電轉換器(5)、信號處理模塊(6)；

所述傳感單元(3)包括第一單模光纖(3-1-1)、多模光纖(3-2)、七芯光纖(3-3)、第二單模光纖(3-1-2)、第一敏感材料(3-4-1)、第二敏感材料(3-4-2)，將第一敏感材料(3-4-1)和第二敏感材料(3-4-2)分別涂覆在多模光纖(3-2)錐區和七芯光纖(3-3)與第二單模光纖(3-1-2)熔接點錐區，其中：

第一單模光纖(3-1-1)、多模光纖(3-2)、七芯光纖(3-3)、第二單模光纖(3-1-2)按順序從左到右熔接在一起，將多模光纖(3-2)中間位置和七芯光纖(3-3)與第二單模光纖(3-1-2)熔接點進行氫氧焰熔融拉錐，錐區長度為5mm，直徑為3.64μm，構成傳感單元(3)；

第一敏感材料(3-4-1)和第二敏感材料(3-4-2)為銀摻雜氧化鋅復合石墨烯，其中銀濃度為4％，制備方法為水熱法；

傳感單元(3)的具體制備過程包括光纖尺寸，熔接方式，拉錐方式，第一敏感材料(3-4-1)、第二敏感材料(3-4-2)的制備和涂覆技術；

其中：光纖的尺寸包括選擇的多模光纖(3-2)長度為15mm,七芯光纖(3-3)長度為10mm；

第一單模光纖(3-1-1)、多模光纖(3-2)、七芯光纖(3-3)、第二單模光纖(3-1-2)通過熔接機進行熔接；

傳感單元(3)的兩個錐區通過氫氧焰熔融進行拉錐；

第一敏感材料(3-4-1)、第二敏感材料(3-4-2)為銀摻雜氧化鋅復合石墨烯，摻雜濃度為4％，銀摻雜氧化鋅復合石墨烯制備方法為稱取0.6g硝酸鋅與50ml去離子水混合配制出0.04mol/L硝酸鋅溶液，稱取0.0136g硝酸銀加入配制好的0.04mol/L硝酸鋅溶液中，稱取0.28g六次甲基四胺加入50ml去離子水中，稱取7.2mg石墨烯加入30ml去離子水中，攪拌10min，超聲1h，將上述3種溶液混合，磁力攪拌10分鐘，得到銀摻雜氧化鋅復合石墨烯生長溶液；

第二敏感材料(3-4-2)涂覆技術采用滴涂法，首先將傳感單元(3)固定在載波片上，然后用乙醇和去離子水洗滌傳感區，用滴管將一小滴所制備的銀摻雜氧化鋅復合石墨烯生長溶液滴在預準備好的傳感單元(3)上，然后將傳感單元(3)放入真空烘箱中60℃下5h。

2.根據權利要求1所述的一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置的實現方法，其特征在于：

ASE光源(1)發出光束傳輸至光纖耦合器(2)，光纖耦合器(2)輸出光束傳輸至傳感單元(3)，光束在傳感單元(3)中進行多級模式耦合和干涉，形成干涉陣列，輸入光從第一單模光纖(3-1-1)中傳輸至多模光纖(3-2)時，在熔接點處形成模式耦合，多種模式的光在多模光纖(3-2)中傳輸，同理在下一個多模光纖(3-2)和七芯光纖(3-3)熔接點處形成更多階的模式，在七芯光纖(3-3)中傳輸，最后耦合回第二單模光纖(3-1-2)中輸出，不同階模式的光在七芯光纖(3-3)中傳輸，對應的傳播常數和有效折射率不同，耦合到下一個第二單模光纖(3-1-2)中時發生干涉，七芯光纖中干涉有效折射率的改變與外界環境有直接聯系，外界紫外光強的改變會導致干涉譜造成相應的漂移，通過干涉波谷的移動來檢測紫外光強度的改變；干涉光通過第二單模光纖(3-1-2)返回至光纖耦合器(2)并通過光纖耦合器(2)傳輸至光電轉換器(5)中，光電轉換器(5)產生模擬信號并傳輸至信號處理模塊(6)中進行數據處理。

3.根據權利要求2所述的一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置的實現方法，其特征在于：

所述ASE光源(1)為寬帶光源，中心波長為1550nm用于產生光信號。

4.根據權利要求2所述的一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置的實現方法，其特征在于：

所述的紫外光(4)為LED紫外燈，中心波長為365nm用于產生紫外光。

5.根據權利要求2所述的一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置的實現方法，其特征在于：

所述信號處理模塊(6)包括A/D模塊(6-1)、數據緩沖模塊(6-2)、IIC串口(6-3)、主機(6-4)依次相連。

6.根據權利要求2所述的一種基于干涉陣列的光纖紫外傳感裝置的實現方法，其特征在于：

所述的信號處理模塊(6)由光電轉換器(5)產生的模擬信號進入信號處理模塊(6)中，通過信號處理模塊(6)中的A/D模塊(6-1)進行模擬信號與數字信號的轉換，將其輸出的數字信號輸入到數據緩沖模塊(6-2)進行數字信號的緩存，之后信號經過IIC串口(6-3)傳輸到主機(6-4)，并在主機(6-4)中顯示數據。