[發(fā)明專(zhuān)利]一種液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置及制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011329860.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112649402A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永軍;曾勵(lì);周冬;孫偉民;劉雙強(qiáng);繆培賢;史彥超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/63
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/63;G01N21/01;G01K11/3213
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置及制造方法，包括泵浦光源、光譜儀、多模盒式光分路器和雙孔石英毛細(xì)管，泵浦光源耦合到多模盒式光分路器中，激發(fā)出的傳感光耦合到光譜儀中，雙孔石英毛細(xì)管與多模盒式光分路器的光纖反射端連接，其中一個(gè)管內(nèi)注入甘油形成甘油層，然后注入膽甾相液晶形成液晶層，作為VOC氣體測(cè)量探頭；另一個(gè)管內(nèi)注入甘油形成甘油層，再注入膽甾相液晶形成液晶層，再注入甘油，最后注入填滿(mǎn)紫外膠并固化封裝，作為溫度測(cè)量探頭；所述膽甾相液晶選用向列相液晶材料并按設(shè)定比例加入手性劑和激光染料。本發(fā)明具有氣體傳感靈敏度高、檢測(cè)限低兼有氣體濃度與環(huán)境溫度同時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置及制造方法，屬于光纖傳感探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有機(jī)揮發(fā)性(VOC)氣體一般指常態(tài)下蒸氣壓在0.1mmHg以上，沸點(diǎn)在260℃以下的揮發(fā)性有機(jī)化合物，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為烴類(lèi)(烷烴、烯烴和芳烴)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、胺類(lèi)等。近年來(lái)，由于社會(huì)快速發(fā)展以及工業(yè)化、城市生活水平的提高，VOC氣體作為主要的有機(jī)污染物引發(fā)了愈加嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。其在室內(nèi)外的環(huán)境空氣中普遍存在，在室外主要源于石油化工、交通運(yùn)輸、染料燃燒等，而室內(nèi)則主要來(lái)自家居裝修材料、溶劑揮發(fā)和電器排放。VOC氣體不但參與大氣光化學(xué)反應(yīng)而破環(huán)生態(tài)環(huán)境，多數(shù)還具有毒理特性，影響皮膚和粘膜，對(duì)人體產(chǎn)生急性損害或?qū)е掳┌Y。伴隨著人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量要求的提高，有效探測(cè)VOC氣體的技術(shù)和設(shè)備也更加重要。

目前，常用的VOC氣體探測(cè)方法主要有光離子化檢測(cè)(PID)和電化學(xué)氣體傳感。光離子化檢測(cè)器主要由離子室和紫外光源等部分構(gòu)成，利用惰性氣體真空放電現(xiàn)象所產(chǎn)生的紫外線(xiàn)電離待測(cè)氣體分子，測(cè)量帶電粒子通過(guò)電極產(chǎn)生的電流并轉(zhuǎn)換為濃度值。雖然運(yùn)行方便，但由于真空紫外燈的特性，無(wú)法檢測(cè)光電離勢(shì)能低于光源輻射水平的氣體。同時(shí)讀數(shù)會(huì)受到水蒸氣的干擾，對(duì)特定氣體的濃度測(cè)量精度較低。電化學(xué)氣體傳感中，VOC氣體在氣敏材料表面產(chǎn)生物理或化學(xué)吸附，從而引起其電學(xué)性質(zhì)(電阻、電位和電流等)變化。然而氣敏元件在連續(xù)工作過(guò)程中，氣敏性能無(wú)法保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定，其反應(yīng)時(shí)間也久，難以做到高效率測(cè)量。相對(duì)于以上兩種方法，基于光學(xué)信號(hào)的氣體傳感則具有抗電磁干擾，能實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性上符合VOC氣體的傳感需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溫度補(bǔ)償型低探測(cè)極限的液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置及制造方法，將膽甾相液晶附著于光纖端面的制作方法，具有氣體傳感靈敏度高、檢測(cè)限低兼有氣體濃度與環(huán)境溫度同時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置，包括泵浦光源、光譜儀、多模盒式光分路器和雙孔石英毛細(xì)管，泵浦光源耦合到多模盒式光分路器中，激發(fā)出的傳感光耦合到光譜儀中，雙孔石英毛細(xì)管與多模盒式光分路器的光纖反射端連接，其中一個(gè)管內(nèi)注入甘油形成甘油層，然后注入膽甾相液晶形成液晶層，作為VOC氣體測(cè)量探頭；另一個(gè)管內(nèi)注入甘油形成甘油層，再注入膽甾相液晶形成液晶層，再注入甘油，最后注入填滿(mǎn)紫外膠并固化封裝，作為溫度測(cè)量探頭；所述膽甾相液晶選用向列相液晶材料并按設(shè)定比例加入手性劑和激光染料。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，多模盒式光分路器為2×2多模盒式光分路器，雙孔石英毛細(xì)管的兩個(gè)毛細(xì)管是獨(dú)立的，分別與2×2多模盒式光分路器的兩個(gè)光纖反射端焊接。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，多模盒式光分路器為2×1多模盒式光分路器，雙孔石英毛細(xì)管是并列一體的，且與2×1多模盒式光分路器的單光纖反射端焊接。

本發(fā)明還包括一種液晶激光型VOC氣體光纖傳感裝置的制造方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)多模盒式光分路器分路端的光纖反射端進(jìn)行預(yù)處理；

步驟2：對(duì)雙孔石英毛細(xì)管進(jìn)行預(yù)處理，去除外涂覆層并按設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行切割，在光纖反射端焊接上處理后的雙石英毛細(xì)管；