[发明专利]基于一氧化碳敏感材料的光纤一氧化碳检测系统及其应用

说明书

本发明提供一种基于一氧化碳敏感材料的光纤一氧化碳检测系统及其应用，该检测系统包括宽带ASE光源(1)、光纤F‑P传感探头(2)、光电探测器(3)和光谱分析仪(4)；其中，光纤F‑P传感探头(2)包括一氧化碳敏感材料，可在常温常湿条件下催化氧化一氧化碳，氧化过程中放出热量被光纤F‑P传感探头(2)准确快速地检测到，并在光谱分析仪(4)中显示干涉谱峰位变化，从而实时、快速的检测一氧化碳浓度。本发明采用一氧化碳敏感材料、光纤F‑P传感探头(2)和反射光谱的变化相结合的方式进行一氧化碳监测，并采用宽带ASE光源(1)，能够在保证高精度、高灵敏度的前提下，降低设备成本，做到快速、安全的一氧化碳浓度监测。

技术领域

本发明属于光纤传感技术、材料科学以及光电子技术的交叉领域，具体涉及一种基于一氧化碳敏感材料的光纤一氧化碳检测系统及其应用。

背景技术

含碳物质燃烧不充分时便会产生CO气体，因此CO在平时生活中十分容易接触到。例如我国北方部分地区冬季时会使用煤炭取暖，当煤炭燃烧不充分、室内通风条件不佳时往往会造成人员中毒甚至死亡事件。据报道，CO是中毒事件中致死人数最多的有毒物质，这与其无色无味并对人体极具毒性的特质有关，当空气中CO浓度达到35ppm时，人体连续吸入1小时以上就会造成慢性中毒，且CO中毒后会对人的大脑造成不可逆转的损伤，根据国家标准GB5044-85，CO为II级(高度危害)有毒物质。除此之外，CO极易爆炸，与空气混合爆炸极限为12.5％～74.2％。工业上进行炼钢、炼焦、烧窑等作业时，炉门或窑门关闭不严、煤气管道漏气都可逸出大量的一氧化碳，由于CO无色无味，泄漏时难以察觉，因此时常对工厂的正常生产和作业人员的生命安全形成威胁。因此对低浓度CO进行监测和报警对保护人民生命财产安全、保证工厂安全生产均具有十分重要的意义。

传统的电化学传感器采用电缆和电信号作为传输媒介，仍然具有潜在爆炸的危险；另外传感探头工作温度过高，导致传感器对其他可燃性气体具有交叉敏感的可能性，因此传统的电化学传感器难以满足安全可靠高精度监测一氧化碳浓度的需求。

发明内容

本发明要达到的目的是提供一种基于一氧化碳敏感材料的光纤一氧化碳检测系统，安全可靠，测量精度高。

为达上述目的，本发明所采取的技术方案为：

提供一种基于一氧化碳敏感材料的光纤一氧化碳检测系统，包括宽带ASE光源、光纤法布里-珀罗(F-P)传感探头、光电探测器和光谱分析仪；其中，

光纤F-P传感探头包括毛细玻璃管，毛细玻璃管的一端插有单模光纤，另一端布设有聚合物，单模光纤端面与聚合物内表面之间留有一定空隙，形成一个F-P空气腔，在形成F-P空气腔一侧的毛细玻璃管外表面黏附有一氧化碳敏感材料；

宽带ASE光源输出的光信号通过单模光纤进入光纤F-P传感探头，聚合物内表面的反射光和单模光纤端面的反射光在单模光纤内发生干涉后被光电探测器接收，并由其将光信号转换为电信号，最终将干涉谱在光谱分析仪中显示。

按上述方案，一氧化碳敏感材料为负载型金催化剂。

按上述方案，负载型金催化剂包括Au纳米颗粒和两种氧化物，两种氧化物为两种金属氧化物或金属氧化物和SiO₂。

按上述方案，金属氧化物为ZnO、Al₂O₃、α-Fe₂O₃或CeO₂。

按上述方案，Au纳米颗粒的粒径为3～10nm，其中Au纳米颗粒和两种氧化物的原子比为1:50～1:10。原子比是指不计算氧原子，只有金属氧化物中的金属和SiO₂中的Si参与对比，例如，如果氧化物为ZnO和Al₂O₃，则两种氧化物之间的原子比为Zn和Al的原子比。