[发明专利]一种基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其包括宽谱光源、传感单元、光谱仪、气室、真空泵和注射器；其中宽谱光源经第一单模光纤与传感单元连接，传感单元经第二单模光纤与光谱仪连接，所述的传感单元设置于气室内，传感单元包括设置有可调谐聚合物微瓶的第三单模光纤和微纳光纤，第三单模光纤与微纳光纤相互垂直设置，微纳光纤两端分别与第一单模光纤和第二单模光纤熔接；所述的注射器通过管路与气室连接，用于控制气室中乙醇气体浓度。本发明提供的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器制备工艺简单、成本低、结构稳定、可调谐的聚合物微瓶，实现乙醇气体浓度测量。

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及一种基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器。

背景技术

随着社会经济水平的提高，人们对于日常生活中的空气质量也有所需求，尤其是人们大部分接触的室内环境，而挥发性有机化合物(VOC)是室内环境的主要污染物，通常VOC气体是由日常生活中经常使用和接触的建筑材料、家具、油墨等产生，据估计在图书馆、家庭、办公室、餐厅等室内空间可以检测到50～300种VOC气体[Mirzaei A,Leonardi S G,Neri G.Detection of hazardous volatile organic compounds(VOCs)by metal oxidenanostructures-based gas sensors:A review[J].Ceramics International,2016:S0272884216309889.]。VOC气体是碳氢化学物，其通常具有低沸点，因此具有高挥发性。大多数VOC气体有毒，有恶臭，能致癌，当房间内VOC达到一定浓度时，气体通过呼吸系统进入人的身体后，会引起头痛、呕吐、抽搐、乏力等症状；另外大多数VOC气体都易燃易爆，比如乙醇气体，在高浓度时易酿成火灾和爆炸。光纤传感技术是一种将光作为载体，光纤作为介质，用来感知及传播外界环境变化的新型技术。当光波在光纤中传输时，体现光波的特征参量会随着外界环境的变化而发生相应的改变，通过观察光波的某一特征参量与外界变量的变化，可以得到与其对应的关系，实现对待测参量的测量[赵勇.光纤传感原理与应用技术[M].北京：清华大学出版社，2007，36-37]。

到目前为止，已经提出了许多监测VOC气体浓度的传感技术，如半导体金属氧化物传感器[Wetchakun K,Samerjai T,Tamaekong N,et al.Semiconducting metal oxidesas sensors for environmentally hazardous gases[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2011,160(1):580-591.]、声表面波法[胡佳,杜晓松,蒋亚东.用于检测VOC蒸汽的声表面波传感器阵列[J].仪表技术与传感器,2013(02):10-12.]、光纤传感器[Cesar E,Ignacio R M,Candido B,et al.Volatile organic compound optical fiber sensors:Areview[J].Sensors,2006,6:1440-1465.]。相对于其他的VOC气体检测方法，光纤传感器因其体积小、质量轻、电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强、安全并且不会有电火花的影响，而且支持实时、在线工作、远距离监控、与计算机连接而备受关注。目前的光纤VOC气体传感器通常是将VOC气体敏感膜涂敷在光纤表面，利用VOC气体浓度变化时引起敏感膜体积或者折射率的变化来引起光信号发生变化，进而实现气体浓度的测量。但是，敏感膜想要结合到光纤上，需要对光纤进行处理，不仅操作复杂，而且不能保证均匀性。另外，在测量过程中敏感膜很容易脱落。这些不仅影响测量的稳定性，还会给气体浓度的测量带来误差，甚至导致传感器不能工作。

发明内容

本发明的目的在于克服目前基于光纤VOC气体传感器的不足之处，提出一种制备工艺简单、成本低、结构稳定、可调谐的聚合物微瓶，实现乙醇气体浓度测量。