一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，该传感器由单模光纤组制造而成，利用具有超高灵敏特性的侧面打磨光纤为发明的核心部件，溶液变色性色素作为本传感器的气体反应薄膜，侧面打磨光纤产生的消散场与该反应薄膜相结合可应用于挥发性有机化合物的测量，同时利用侧面打磨光纤组与多种溶液变色性色素相结合，对应不同的挥发性有机化合物的具有不同反应的特点，经过神经网络计算，可以测出混合挥发性有机化合物的种类以及其浓度。本发明具有超高灵敏度、反应速度快的特点，可实现实时监控的优点。此器件可应用与小型环境检测器件等领域。
【专利说明】一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传
感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及挥发性有机化合物检测的【技术领域】，具体涉及一种基于侧面打磨光纤 组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，可以通过环境检测。
【背景技术】
[0002]挥发性有机化合物是一种常见的有害物质，可以引起癌变、神经性疾病以及直接 致命等。国际上有很多种定义，主要是指在常温下具有挥发特性的有机化合物，比如甲醛、 甲醇、丙酮、苯等，多放出于工厂、涂料、垃圾堆等。随着社会的进步，对于挥发性有机化合物 的测量与监控技术也日趋迫切。
[0003]目前挥发性有机化合物的测量主要有两种:基于挥发性有机化合物与物质反应所 带来色变的光学测量与反应后带来反应薄膜电阻变化的微电子测量。其中微电子测量则主 要是基于MEMS技术，通过挥发性有机化合物与反应薄膜的化学反应而进行测量。该方法的 优点是体积小、高量产化、低成本，但是与光学测量相比最大的缺点是测量灵敏度问题与反 应速度问题。另一方面，光学测量主要是利用挥发性有机化合物带有极性这一特点，通过溶 液变色性色素(比如Reichardt’ s色素)对其极性有对应的颜色变化从而测量得出结果。混 合挥发性有机化合物的数据化测量是当前技术的难点，普通只能测单种挥发性有机化合物 或者是利用镜片组与CCD摄像相结合，数据处理复杂，并且系统繁琐。
[0004]侧面打磨光纤器件7的结构如图2所示，由挥发性有机化合物反应薄膜6、单模光 纤包层10、单模光纤芯11与基底12组成。该器件具有超高灵敏传感的特点。本发明中将 该器件与溶液变色性色素相结合以保证本发明的高传感能力。
[0005]另一方面，本发明使用主元素分析法对侧面打磨光纤组测得的数据进行分析，从 而使混合气的的浓度得以测量。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:提供一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有 机化合物传感器，结合了光纤与溶液变色性色素的高灵敏度与快速反应的特点，可以实现 实时监控。
[0007]本发明解决上述问题采用的技术方案为:一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥 发性有机化合物传感器，其特征在于:由光源、分光器、外部连接光纤、光纤连接器、内部光 纤、多种挥发性有机化合物反应薄膜、侧面打磨光纤器件、器件固定底托、光感应器组成。光 源与分光器、分光器与光纤连接器、光纤连接器与光电探测器之间均由外部连接光纤连接， 光纤连接器与侧面打磨光纤器件之间由内部连接光纤连接。挥发性有机化合物反应薄膜附 在侧面打磨光纤器件上面并与外界相接触。所述的挥发性有机化合物反应薄膜是由不同的 溶液变色性色素与高分子物质混合制成。其制作过程是通过旋转甩膜的方式制作在在器件 的表面。[0008]进一步的，所述的基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，所述的侧面打磨光纤器件所用光纤为单模光纤。
[0009]进一步的，所述的基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，该传感器使用主元素分析法对侧面打磨光纤组测得的数据进行分析，从而使混合气的的浓度
得以测量。
[0010]本发明技术方案的原理是:一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，根据图1所示，多种挥发性有机化合物反应薄膜6是由多种溶液变色性色素与高分子物质相结合通过甩膜工艺而形成。高分子物质是用来将溶液变色性色素固定在侧面打磨光纤的表面上。溶液变色性色素分子与外界相接触，当色素分子与挥发性有机化合物接触时，挥发性有机化合物气体的极性与其种类和浓度有关，根据该极性的不同，多种挥发性有机化合物反应薄膜6的折射率会根据溶液变色性色素分子内部电子的转移而发生改变。
[0011]另一方面，根据图2所示，侧面打磨光纤的一部分单模光纤包层10被打磨掉并与多种挥发性有机化合物反应薄膜6相结合，入射白色光从单模光纤芯11的一端射入，从单模光纤芯11的另一端输出。在经过被打磨部分的下方时会根据多种挥发性有机化合物反应薄膜6、单模光纤包层10与单模光纤芯11的折射率的不同产生消散场。在某些波长范围内的光与该消散场产生共振并从被打磨部分漏出，在输出端所测量的结果表现为该波长范围内的光的能量会大幅度降低。该共振波长与器件的关系为:
【权利要求】
1.一种基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器，其特征在于:由光 源(I)、分光器(2)、外部连接光纤(3)、光纤连接器(4)、内部光纤(5)、多种挥发性有机化合 物反应薄膜(6)、侧面打磨光纤器件(7)、器件固定底托(8)、光电探测器(9)组成，光源(I) 与分光器(2)、分光器(2)与光纤连接器(4)、光纤连接器(4)与光电探测器(9)之间均由外 部连接光纤(3 )连接，光纤连接器(4 )与侧面打磨光纤器件(7 )之间由内部连接光纤(5 )连 接，挥发性有机化合物反应薄膜(6)附在侧面打磨光纤器件(7)上面并与外界相接触；所述 的挥发性有机化合物反应薄膜(6)是由不同的溶液变色性色素与高分子物质混合制成，其 制作过程是通过旋转甩膜的方式制作在在器件的表面，干燥后形成。
2.根据权利要求1所述的基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器， 其特征在于:所述的侧面打磨光纤器件(7)所用光纤为单模光纤。
3.根据权利要求1所述的基于侧面打磨光纤组的超高灵敏挥发性有机化合物传感器， 其特征在于:该传感器使用主元素分析法对侧面打磨光纤组测得的数据进行分析，从而使 混合气的的浓度得以测量。
【文档编号】G01N21/25GK103558162SQ201310566542
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】袁珩, 房建成, 张晨, 张宁 申请人:北京航空航天大学