[发明专利]光纤气体化学传感器

说明书

本发明属于光纤传感器，是一种测定气体含量的光纤传感器。该传感器尤其适用于二氧化硫气体的测定。

二氧化硫是重要的大气污染物，是造成当今酸雨严重的根本原因，为此，世界各国都十分重视二氧化硫的监测和治理。

二氧化硫主要来源于以煤、重油为燃料的各种工业锅炉、室炉排放的烟道气。监测这些工业锅炉、窑炉烟道气中的二氧化硫含量，是制定治理措施、调整控制工艺参数的基础依据。目前，对于烟道气中二氧化硫的监测手段有两种：一种是采用自动分析仪器监测。这种仪器虽然测量迅速准确，对于实际生产中控制指导意义也较大，但其不仅本身价格昂贵，而且还要求有复杂的采样和样品予处理系统与之配套，投资甚大；另一种是使用人工化学分析法监测。这种方法是先进行人工采样，然后将样品送交实验室作具体的化学分析。很显然，这种监测手段的缺点是工作量大，需耗费大量的时间和人力，且对实际生产控制的指导意义不大。

传感器技术是现代自动监测技术发展的方向，但目前对于测定气体含量性能好的传感器为数甚少，尤其是光导纤维类的传感器。经检索，只有CA109：141724V文摘中介绍了一篇JP62,209,357号公开专利。该专利涉及一种测定氨气的光纤传感器，它是一个两端开口的中空管，管底端装有一片透气膜，管内装有含pH指示剂的电解质溶液。氨气通过透气膜扩散溶入该溶液后，引起溶液pH改变，光纤传输pH变化信息作为氨含量的量度。因而该传感器除了只适用于测定对其配套溶液pH有影响的气体外，还有一个致命弱点，即敏感元件体系无选择性，检测时不能排斥有共存组份气体中的干扰组份的影响，适用面窄，而且尤其不能作为烟道气中二氧化硫的测定。因为工业上排放的含二氧化硫的烟道废气中，均含有二氧化碳，而且二氧化碳的浓度比二氧化硫的浓度大数十倍，检测时，由二氧化碳引起的pH的改变将大大超过二氧化硫。严重干扰二氧化硫的测定。

鉴于已有技术存在的问题，本发明的任务是提供一种新型的光纤气体化学传感器。该传感器结构简单，价格低廉，使用方便，在测定二氧化硫气体含量时，检测灵敏、响应速度快，选择性高，具有良好的重现性。

为了完成上述任务，本发明根据某些被测气体参与化学反应后，体系能产生光学特性变化的性质，提出了这样一种光纤气体化学传感器的技术解决方案：

该技术方案主要包括传感器体、光导纤维和敏感元件。传感器体内有圆柱形空腔，器壁一侧开有进气通道，进气通道相邻的另一侧器壁上有一个光导纤维插入口，光导纤维插入口与器体内圆柱形空腔相通。在光导纤维插入口相对的空腔里装有带光线反射镜的敏感元件，该敏感元件与被测气体化学反应后能产生光学特性的变化。光导纤维采用“y”型双枝光纤，装在传感器体的插入口中。

测定时，将传感器置于测试区域，被测气体立刻经进气通道扩散进入传感器体空腔内，与空腔内的敏感元件迅速反应，使敏感元件的光学特性发生变化，并通过其上的光线反射镜将光学特性变化的信息反馈给光导纤维传输出去。根据体系吸光度变化与被测气体之间的比例关系。即可得出被测气体含量。

附图说明：

图一是本发明的一个实施例——间歇测定式光纤气体化学传感器的剖面结构示意图；

图二是本发明的另一个实施例——连续测定式光纤气体化学传感器的剖面结构示意图；

附图一、二所揭示的两种传感器，当需测定不同种类的气体时，只要更换合适的敏感元件，即可完成检测传感任务。

下面以测定二氧化硫气体含量的传感器为例，结合附图用实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

本例是测定二氧化硫气体含量的间歇式光纤化学传感器，结构如图一所示。它主要包括传感器体(1)、光导纤维(2)和敏感元件(3)。传感器体(1)由器体底盖(4)和器体本体(5)构成，它们之间用螺纹连接。器体底盖(4)中部有一个圆形凸台，凸台上开有凹槽(6)，凹槽(6)可为圆柱形，螺纹开在凸台四周。检测时，带光线反射镜的敏感元件(3)就置放在凹槽(6)中，不仅可使敏感元件(3)在水平方向上被相对固定，还因器体底盖(4)可旋下，而使敏感元件(3)的换取十分方便。器体本体(5)内有一个一端开口的圆柱形空腔，空腔端口开有内螺纹与器体底盖(4)连接。在器体底盖(4)和器体本体(5)构成的传感器体(1)内的空腔下半部器壁一侧开有进气通道(7)。进气通道(7)上用螺纹连接了一个进气短管(8)，短管(8)的端口上装有能够调节进气量大小的孔盖(9)，以适应测定不同浓度的二氧化硫和对响应速度要求不同的需要。该孔盖(9)可做成孔径大小不一的系列孔盖，也可做成与照相机光圈结构相同的孔盖。