[实用新型]一种基于石墨烯的甲烷检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，具体地说是一种基于石墨烯的甲烷检测装置。

背景技术

气体的快速准确检测是工业生产、环保检测和医疗监护等过程中有着广泛的用途，气体传感器发挥着不可替代的作用。传统的固体电解质型、电化学型、半导体型传感器普遍存在的问题是：检测灵敏度不够高，检测限不够低。

实用新型内容

针对上述技术的不足，本实用新型提出了一种基于石墨烯的甲烷检测装置。

本实用新型的 一种基于石墨烯的甲烷检测装置，包括密封气室、宽带光源、单模光纤、3dB耦合器、石墨烯-微纳光纤光栅、边沿滤波器、PIN雪崩二极管、采集卡、放大电路和计算机，所述石墨烯-微纳光纤光栅安装在所述密封气室中，所述宽带光源通过所述单模光纤与所述3dB耦合器连接，所述3dB耦合器通过所述单模光纤与所述石墨烯-微纳光纤光栅连接，所述3dB耦合器还与所述边沿滤波器、PIN雪崩二极管、采集卡、放大电路、计算机依次通过数据线连接；所述石墨烯-微纳光纤光栅包括微纳光纤、对称设置在所述微纳光纤两端的光线纤芯、包覆在所述光线纤芯上的光纤包层以及设在所述微纳光纤上的石墨烯。

进一步的技术方案，所述微纳光纤通过化学腐蚀所述光纤包层和光线纤芯制得。

本实用新型的有益效果是：

将甲烷气体注入到所述密封气室中，并采用波长范围为1510 nm~1590 nm的宽带光源作为入射光源，光通过 3 d B 耦合器进入密封气室，微纳光纤上的石墨烯对气体分子的吸附和脱落十分敏感，可以密封气室中气体浓度的微小改变。甲烷气体的浓度发生变化，则封气室内的气体折射率改变，从石墨烯-微纳结构反射出来的光信号发生变化，在输出端接收光信号，利用光电转换，将光信号转化为电信号，利用计算机进行信号的收集，获得简单、直接的检测结果，其具有灵敏度高、结构简单、体积小、成本较低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种基于石墨烯的甲烷检测装置的结构示意图；

图2为图1中石墨烯-微纳光纤光栅的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1至图2所示，本实用新型装置的一种基于石墨烯的甲烷检测装置，包括密封气室5、宽带光源1、单模光纤3、3dB耦合器2、石墨烯-微纳光纤光栅4、边沿滤波器6、PIN雪崩二极管7、采集卡8、放大电路9和计算机10，所述石墨烯-微纳光纤光栅4安装在所述密封气室5中，所述宽带光源1通过所述单模光纤3与所述3dB耦合器2连接，所述3dB耦合器2通过所述单模光纤3与所述石墨烯-微纳光纤光栅4连接，所述3dB耦合器2还与所述边沿滤波器6、PIN雪崩二极管7、采集卡8、放大电路9、计算机10依次通过数据线连接；所述石墨烯-微纳光纤光栅4包括微纳光纤41、对称设置在所述微纳光纤两端的光线纤芯42、包覆在所述光线纤芯42上的光纤包层43以及设在所述微纳光纤41上的石墨烯44。

进一步的技术方案，所述微纳光纤41通过化学腐蚀所述光纤包层43和光线纤芯42制得，腐蚀完毕后，用去离子水充分洗净，从而使所述微纳光纤41暴露在空气中。

本实用新型的有益效果是：将甲烷气体注入到所述密封气室中，并采用波长范围为1510 nm~1590 nm的宽带光源作为入射光源，光通过 3 d B 耦合器进入密封气室，微纳光纤上的石墨烯对气体分子的吸附和脱落十分敏感，可以密封气室中气体浓度的微小改变。甲烷气体的浓度发生变化，则封气室内的气体折射率改变，从石墨烯-微纳结构反射出来的光信号发生变化，在输出端接收光信号，利用光电转换，将光信号转化为电信号，利用计算机进行信号的收集，获得简单、直接的检测结果，其具有灵敏度高、结构简单、体积小、成本较低的优点。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。