[發(fā)明專利]一種液體環(huán)境下的透射式光纖氣體傳感探頭裝置

在審

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• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113310953A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 汪超;周海闊;王軍華
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/45;G01N21/31;G01N21/65;G01N21/39
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發(fā)明屬于光學氣體傳感技術領域，公開了一種液體環(huán)境下的透射式光纖氣體傳感探頭裝置。裝置包括透射式光纖氣體傳感探頭、阻液透氣單元和氣路控制接口；透射式光纖氣體傳感探頭的中間主體部分嵌套在阻液透氣單元的內部，透射式光纖氣體傳感探頭的第一端部、第二端部分別經由兩個氣路控制接口延伸出阻液透氣單元的第一末端、第二末端；阻液透氣單元的兩個末端分別與透射式光纖氣體傳感探頭之間采用阻液材料進行密封；阻液透氣單元包括阻液透氣微氣室，阻液透氣微氣室用于允許氣體進入阻液透氣微氣室的內部，并阻止液體進入阻液透氣微氣室的內部。本發(fā)明解決了光纖氣體傳感探頭在液體環(huán)境中容易失效的問題，使其可在復雜液體環(huán)境下工作。

技術領域

本發(fā)明涉及光學氣體傳感技術領域，尤其涉及一種液體環(huán)境下的透射式光纖氣體傳感探頭裝置。

背景技術

氣體傳感技術在醫(yī)療、航空航天、工業(yè)生產、環(huán)境監(jiān)測、消防監(jiān)測等多種領域具有廣闊的應用空間，對待測環(huán)境中存在的特定類型氣體進行準確的探測，測量其準確的濃度可以有效的進行科學研究、安全預警等工作。

現有對于氣體進行傳感探測的技術中，最主要的是基于半導體、電化學等依靠電源激勵并通過氣敏材料產生的電壓變化而檢測氣體濃度的傳感器技術。這類技術經過了數十年的技術改革與商業(yè)化發(fā)展，但由于其固有傳感原理屬性，仍難以解決傳感器探頭體積大、靈敏度相對不足、抗氣體串擾能力較差、存在氣體中毒等缺點。這些不足嚴重阻礙了眾多技術指標要求較高的氣體傳感應用。

在液體環(huán)境下進行氣體傳感探測是氣體傳感領域最值得突破的關鍵技術之一，它在海洋能源探測、燃料監(jiān)測、絕緣液體狀態(tài)監(jiān)測等眾多應用場景具有迫切需求。然而，這些氣體探測需求往往存在如下難點。

一是探測環(huán)境的背景物質為液相狀態(tài)，而氣體傳感的關鍵則是需要氣敏元件或特定形式的物理波與氣體接觸并產生物理或化學耦合。而氣體在液體中的存在形式往往呈現為液相溶解氣體或氣液混合體，直接在液體中使用現有傳感器進行探測不僅存在無法傳感的問題，更會存在絕緣失效、液體阻塞失效等嚴重問題。因此，現有方式多基于液體采樣后經由脫氣裝置進行氣液分離后進行分析檢測。但這種現有方式由于液體采樣特性，除了存在操作復雜、周期長、實時性差等不足，待測氣體更可能在脫氣處理、樣品轉移過程產生進一步化學演化，影響原有環(huán)境的氣體測量準確度。

此外，此類探測環(huán)境下的氣體濃度往往十分低，傳統(tǒng)的氣體傳感器難以實現ppb(十億分之一)甚至ppt(萬億分之一)的探測極限。而探測能力較高的色譜、質譜等儀器由于體積龐大、成本高昂，更加難以在此類環(huán)境中應用。

在液體環(huán)境中進行氣體探測，需要滿足避免液體干擾、無源傳感或絕緣傳感、高探測極限、探頭體積小的技術需求。鑒于現有技術中光纖氣體傳感探頭在液體環(huán)境中容易失效，因此本領域亟需設計出能夠在復雜液體環(huán)境下工作的光纖氣體傳感探頭裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明通過提供一種液體環(huán)境下的透射式光纖氣體傳感探頭裝置，解決了現有技術中光纖氣體傳感探頭在液體環(huán)境中容易失效的問題。

本發(fā)明提供一種液體環(huán)境下的透射式光纖氣體傳感探頭裝置，包括：透射式光纖氣體傳感探頭、阻液透氣單元和氣路控制接口；

所述透射式光纖氣體傳感探頭的中間主體部分嵌套在所述阻液透氣單元的內部，所述透射式光纖氣體傳感探頭的第一端部經由一個所述氣路控制接口延伸出所述阻液透氣單元的第一末端，所述透射式光纖氣體傳感探頭的第二端部經由另一個所述氣路控制接口延伸出所述阻液透氣單元的第二末端；所述阻液透氣單元的所述第一末端、所述第二末端分別與所述透射式光纖氣體傳感探頭之間采用阻液材料進行密封；

兩個所述氣路控制接口均用于連接氣體壓力和溫度控制設備；

所述透射式光纖氣體傳感探頭包括干涉?zhèn)鞲袉卧?、氣體擴散通道、單模光纖；所述干涉?zhèn)鞲袉卧膬啥朔謩e與兩個所述單模光纖連接，所述氣體擴散通道用于允許氣體進入所述干涉?zhèn)鞲袉卧臍馐抑校?/p>