性有机物发生装置11与气室4的挥发性有机物气体输入口相连，挥发性有机物气体3在气室4中自由扩散。FBG5对谐振波长反射率大于等于90 %，长周期光纤光栅6对谐振波长的透射率大于等于90 %，FBG 5的谐振波长与长周期光纤光栅6的谐振波长之间的波长差在10?20nm之间；镀在长周期光纤光栅6栅格处的沸石膜7的厚度在2?10 μπι之间，单一挥发性有机物浓度的测量区间在350?5250ppm之间；温度自补偿挥发性有机物传感头由FBG 5、长周期光纤光栅6和沸石膜7组成；光电探测器8、数据采集卡9和PClO机作为挥发性有机物信号解调系统。挥发性有机物发生装置11产生不同浓度的挥发性有机物气体3。
[0018]本实用新型的工作方式为:宽带光源I产生信号光输入2X1耦合器2的两端口的一端，由2 X I耦合器2的一端口的一端耦合到FBG 5中，不满足布喇格条件的波长的光透过FBG 5耦合到长周期光纤光栅6中，耦合到长周期光纤光栅6的光被沸石膜7吸附的挥发性有机物气体3吸收和散射，使得光的强度发生变化，被光电探测器8接收的光信号转变为电信号输出，光电探测器8输出的电信号经过整形、滤波、放大被数据采集卡9采集，由数据采集卡9采集的信号输入到PC机10经行数据显示和分析；耦合到FBG 5中满足布喇格条件波长的光经FBG 5反射由2 X I耦合器2两端口的另一端输出，输出的信号被数据采集卡9采集输入到PC机10经行数据显示和分析；挥发性有机物发生装置11产生不同浓度的挥发性有机物气体3，挥发性有机物气体3在气室4中自由扩散。长周期光纤光栅6和沸石膜7作为挥发性有机物传感头，沸石膜7吸附挥发性有机物气体3，使得长周期光纤光栅耦合模式的有效折射率发生变化，从而使得耦合到长周期光纤光栅6的光强发生变化，变化的光强由光电探测器8转换为电信号，产生的电信号经过整形、滤波、放大输入到数据采集卡9，数据采集卡6采集的数据传输到PC机10分析和显示；当环境温度发生变化时，FBG5和长周期光纤光栅6的谐振波长都会产生漂移，先通过实验采集大量数据分别得到FBG 5和长周期光纤光栅6的谐振波长随温度变化的线性关系，通过监测FBG 5谐振波长的漂移量，推算出温度的变化量，进而利用算法处理推出长周期光纤光栅6的谐振波长的漂移量，实现温度的自补偿。
[0019]该装置能够实现温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪的关键技术有:
[0020]1、长周期光纤光栅上沸石膜的制作。利用高分水热反应釜制作沸石膜作为挥发性有机物的分子筛，在长周期光纤光栅处沸石膜的厚度应控制在2?10 μπι之间。
[0021]2,FBG和长周期光纤光栅的制作。利用氩离子激光器刻写FBG，且FBG对谐振波长的反射率大于等于90% ;利用高频CO2激光器制作长周期光纤光栅，且长周期光纤光栅对谐振波长的透射率大于等于90% ;FBG谐振波长和长周期光纤光栅谐振波长之间波长差在10?20nm之间。
[0022]3、FBG和长周期光纤光栅温度特性。将FBG和长周期光纤光栅置于相同的环境中，通过改变环境温度的变化，采集FBG和长周期光纤光栅随温度的变化的数据，需要多次大量采集数据，拟合FBG和长周期光纤光栅随温度的变化关系式，利用算法实现长周期光纤光栅随温度测量的自补偿。
[0023]本实用新型的一个具体实施例中，Thorlabs的宽带光源，型号S5FC1550P-A2，输出波长1550nm，90nm带宽；FBG的谐振波长为1530nm，0.17nm带宽，1dB的反射率；长周期光纤光栅谐振波长为1543nm，光栅周期为590 μπι ;沸石膜的厚度为8 μπι ;光纤选用G.652单模光纤；带尾纤的光电探测器FDSP660，单模光纤，工作波长为610-770nm ;同步数据采集卡KPC1-1818，8通道并行采集通道，采样频率为500KS/s，采样分辨率为12位。
[0024]以上所述及图中所示的仅是本实用新型的优选实施方式。本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪，包括:宽带光源，一个2 X I耦合器，一根FBG，一根长周期光纤光栅，沸石膜，挥发性有机物发生装置，一个气室，光电探测器，数据采集卡以及PC机； 宽带光源的输出端与2 X I耦合器两端口的一端相连，2 X I耦合器一端口的一端与FBG的一端相连，FBG的另一端与长周期光纤光栅的一端相连，长周期光纤光栅的栅格处镀沸石膜，FBG和长周期光纤光栅置于气室中，长周期光纤光栅另一端与光电探测器的输入端相连，数据采集卡分别与光电探测器的输出端、2 X I耦合器两端口的另一端和PC机相连，其中光电探测器具有时间响应特性，挥发性有机物发生装置与气室的挥发性有机物气体输入口相连； FBG对谐振波长反射率大于等于90%，长周期光纤光栅对谐振波长的透射率大于等于90%,FBG的谐振波长与长周期光纤光栅的谐振波长之间的波长差在10?20nm之间；镀在长周期光纤光栅上的沸石膜的厚度在2?10 μ m之间，单一挥发性有机物浓度的测量区间在350?5250ppm之间；温度自补偿挥发性有机物传感头由FBG、长周期光纤光栅和沸石膜组成；光电探测器、数据采集卡和PC机作为挥发性有机物信号解调系统；挥发性有机物发生装置产生不同浓度的挥发性有机物气体。
【专利摘要】温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪，包括宽带光源，2×1耦合器，挥发性有机物气体，气室，一根FBG，一根长周期光纤光栅，沸石膜，光电探测器，数据采集卡，PC机以及挥发性有机物发生装置；所述挥发性有机物传感头由长周期光纤光栅和沸石膜组成；沸石膜吸附挥发性有机物气体，使得长周期光纤光栅耦合模式发生变化，引起谐振波长强度变化，通过监测长周期光纤光栅谐振波长的强度变化量，实现挥发性有机物强度解调；监测FBG谐振波长的漂移量，推得环境温度的变化量，从而得到长周期光纤光栅随温度的变化量，实现温度的自补偿。本实用新型提出一种结构简单、可在线检测、低成本、实用性强的温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪。
【IPC分类】G01N21-41
【公开号】CN204389394
【申请号】CN201420843993
【发明人】王小明, 宁向平, 梁子馨, 李玥, 许多, 严正, 赵春柳
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月26日