温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪。
【背景技术】
[0002]光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。在纤芯传输的光在每个光栅面处发生散射，满足布喇格条件的光将被反射，不满足布喇格条件的光将继续传输。FBG在传感领域中具有十分广泛的应用，用于一些重要物理参数(如应变、温度、压力、超声波等)的测量，其中，光纤光栅对折射率的变化不敏感；
[0003]长周期光纤光栅(Long per1d fiber grating，LPFG)是在光纤光栅的基础上发展起来的，长周期光纤光栅的模式耦合属于同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，是一种光纤无源器件。长周期光纤光栅的谐振波长和损耗峰值对外界环境的变化非常敏感，具有比光纤布喇格光栅更高的温度、弯曲、扭曲、横向负载灵敏度等优点，其中温度是最重要的影响因素。
[0004]沸石是一种具有规则孔道结构的晶体，耐高温、抗化学和生物腐蚀、机械强度高，将沸石制备成厚度为微米级的薄膜可以实现分子的分离，即根据分子大小的不同实现分离。挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)按照世界卫生组织的定义沸点在500C _250°C的化合物，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。为实现对挥发性有机物的传感，我们采用了沸石材料作为分子筛。
[0005]目前对于VOCs的定量分析常采用气相色谱法(GC)和气相质谱联用(GC-MS)方法、电化学探测法和红外吸收光谱法；对于室内甲醛的检测方法有:酚试剂比色法、定电位电解法以及气体检测管法。酚试剂比色法是利用甲醛与酚试剂反应生成埃，在该铁离子存在下嗪和酚试剂生成蓝绿色化合物，根据颜色深浅测定，该方法需要气体采样，不适合现场检测，且操作复杂；定电位电解法是含甲醛的空气扩散流经传感器，进入电解槽，发生氧化反应，该方法灵敏度低，易受外界电磁干扰；气体检测管法基本与酚试剂比色法类似。其中电化学方法需要对待测气体进行采样，不适用于现场检测；气相色谱和气相-质谱联用法和红外吸收光谱法需要专门的进样装置，其过程复杂、时间较长、无法满足实时自动化连续监测。光纤传感器是利用光在光纤中传播，光波的特征参量(相位、波长、频率、偏振态等)会受到外界因素的影响，只要检测出这些变化就可以直接或者间接的得出外界因素的参数。光纤传感器以其测量精度高、传感范围大和抗干扰能力强等优点，被广泛应用于传感领域。
[0006]针对上述挥发性有机物检测结构复杂、易受电磁干扰、不能实时在线检测等问题，本实用新型提出一种温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪。本实用新型以镀沸石膜的长周期光纤光栅作为传感头，以光纤光栅作为温度补偿器件，实现对挥发性有机物的检测。因此，本实用新型提出的温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪能够实现挥发性有机物的高灵敏度传感，结构简单，成本低，具有很强的实用价值。
【实用新型内容】
[0007]为了克服挥发性有机物检测结构复杂、易受电磁干扰、不能实时在线检测等问题，本实用新型提出了一种结构简单、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。
[0008]本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案:
[0009]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2X1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。
[0010]宽带光源的输出端与2X1親合器两端口的一端相连，2X1親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、2X1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 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、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。
[0011]本实用新型的有益效果为:
[0012]本实用新型利用镀有沸石膜的长周期光纤光栅作为挥发性有机物的传感头，结合长周期光纤光栅的高灵敏特性和沸石膜挥发性有机物分子筛特性，实现挥发性有机物的高灵敏度检测。
[0013]本实用新型利用FBG的对折射率不敏感和温度特性，通过测试FBG和长周期光纤光栅的温度特性，拟合FBG和长周期光纤光栅谐振波长随温度变化的关系式，通过监测FBG谐振波长的漂移量，确定环境的温度变化量，从而确定长周期光纤光栅随温度的变化量。
[0014]本实用新型中解调系统使用光电探测器，实现光强度的检测，避免了昂贵的光谱解调仪等波长检测设备的使用，降低了成本。
【附图说明】
[0015]图1为温度自补偿长周期光纤光栅挥发性有机物检测仪结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对实用新型进一步描述。
[0017]如图1所示，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1，2X1親合器2，挥发性有机物气体3，气室4，一根FBG 5，一根长周期光纤光栅6，沸石膜7，光电探测器8，数据采集卡9，PC机10以及挥发性有机物发生装置11。宽带光源I的输出端与2X1親合器2两端口的一端相连，2X1親合器2 —端口的一端与FBG 5的一端相连，FBG5的另一端与长周期光纤光栅6的一端相连，长周期光纤光栅6的栅格处镀有沸石膜7，FBG5和镀有沸石膜7的长周期光纤光栅6置于气室7中，长周期光纤光栅6另一端与光电探测器8的输入端相连，数据采集卡9分别与光电探测器8的输出端、2 X I耦合器2两端口的另一端和PClO机相连，其中光电探测器8具有时间响应特性，挥发