專利名稱：一種光纖氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有害氣體檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)物氣體的光纖氣體傳感器。
背景技術(shù)：
光氣及揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)氣體，如苯、甲苯、二甲苯、乙醛、丙醛、甲醇、乙醇、乙烷、三乙胺等是人類生存環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)中，如化學(xué)及化學(xué)制品、石油及煤制品、印刷業(yè)、鞋及成衣制品和橡膠制品中普遍存在的有機(jī)污染物，需要檢測(cè)分析。VOCs氣體易通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體而產(chǎn)生毒害，可引起人體感官刺激以及其他許多不適癥狀，VOCs氣體長(zhǎng)期暴露對(duì)人體具有致畸、致突變和致癌等危害，也是產(chǎn)生不良建筑物綜合征(SBS)的主要原因之一。光氣是一種特殊的工業(yè)生產(chǎn)原料，它具有極大的毒性，十分微量的光氣就足以使一名成年人喪命。因此開(kāi)發(fā)一種靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用安全方便的檢測(cè)光氣及VOCs氣體的光纖氣體傳感器對(duì)治理污染，保護(hù)環(huán)境具有實(shí)際重要的意義。
現(xiàn)有檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)氣體的方法，主要有氣相色譜法、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和傳感器技術(shù)。但直讀式色譜-質(zhì)譜聯(lián)用價(jià)格昂貴，不易推廣應(yīng)用，而直讀儀器的檢測(cè)誤差較大，不能準(zhǔn)確定量。熱解吸-氣相色譜法在實(shí)施該方法中發(fā)現(xiàn)熱解吸率較低，達(dá)不到所規(guī)定的準(zhǔn)確度。檢測(cè)氣體的傳感器一般有壓電傳感器和吸收光譜型傳感器。壓電傳感器難以實(shí)現(xiàn)單一物質(zhì)選擇性檢測(cè)，但與色譜分離技術(shù)結(jié)合后，有望克服這一缺陷，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的選擇性檢測(cè)，工作溫度高，功耗大，器件制作工藝復(fù)雜，選擇性差等缺點(diǎn)；吸收光譜型傳感器利用不同物質(zhì)的吸收光波長(zhǎng)不同，采用不同波長(zhǎng)的光入射，可以測(cè)定不同的物質(zhì)，該波長(zhǎng)的光與其它物質(zhì)相互作用后，波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)信號(hào)采集和處理系統(tǒng)計(jì)算從而確定該物質(zhì)的濃度。在吸收型傳感器中光纖傳感器又具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高，質(zhì)量輕，傳輸損耗少，可傳輸信號(hào)的頻帶寬，電絕緣性能好，耐火、耐水性好，抗電磁干擾性強(qiáng)，可繞行好，可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光纖探頭等優(yōu)點(diǎn)。
如申請(qǐng)?zhí)枮?00510012344.5的“一種光纖氣體傳感器”專利，公開(kāi)的光纖氣體傳感器包括有普通實(shí)心光纖連接的光源、耦合器、氣體吸收池、對(duì)比光纖、光電探測(cè)器，信號(hào)采集和處理系統(tǒng)。該專利是氣體直接與光纖傳感器的固體敏感物質(zhì)接觸，存在著氣體吸附量有限，氣體物質(zhì)與敏感物質(zhì)不能充分接觸和充分反應(yīng)，從而使靈敏度降低；敏感物質(zhì)為一次性使用，由于敏感物質(zhì)與氣體不能充分接觸和充分反應(yīng)，會(huì)造成資源浪費(fèi)；光纖采用單進(jìn)單出的形式，檢測(cè)的是目標(biāo)物質(zhì)的某個(gè)信息，存在著選擇性識(shí)別能力差等缺點(diǎn)而影響此類傳感器的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有光纖氣體傳感器的不足之處，提供一種光纖氣體傳感器。該傳感器具有氣體敏感性好、性能穩(wěn)定、選擇性識(shí)別能力強(qiáng)、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、使用安全方便及可檢測(cè)光氣及多種易揮發(fā)性的有機(jī)化合物等特點(diǎn)。通過(guò)構(gòu)建金屬卟啉溶液光纖氣體傳感器，克服了現(xiàn)有光纖傳感器敏感物質(zhì)與氣體不能充分接觸和充分反應(yīng)，造成資源浪費(fèi)選擇性識(shí)別能力差，靈敏度低等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的原理是卟啉為大環(huán)π電子離域體系、外環(huán)上可接多種取代基、中心金屬可以改變、即分子具有可修飾性，有很強(qiáng)的吸光特性，尤其是與過(guò)渡金屬絡(luò)合后。由于卟啉含有一大共軛體系，擁有生色基團(tuán)，所以利用紫外、紅外、熒光、磷光、拉曼等光譜技術(shù)都可以檢測(cè)到它的微小變化。當(dāng)遇到光氣及揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)，波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，遇到不同的揮發(fā)性有機(jī)物，波長(zhǎng)移動(dòng)的距離不同，從而確定具體的物質(zhì)。例如，已有的研究發(fā)現(xiàn)鈷卟啉對(duì)甲醇和乙醇等類物質(zhì)和己烷等烷類具有有靈敏性，鋅卟啉對(duì)光氣、苯、甲苯、二甲苯等芳香類和三甲胺等胺類物質(zhì)具有有靈敏性，錳卟啉對(duì)乙醛、丙醛等醛類物質(zhì)和胺類物質(zhì)具有敏感性，銠卟啉對(duì)己烷等烷類具有有靈敏性，鉛卟啉對(duì)氨和胺類物質(zhì)具有靈敏性，鐵卟啉對(duì)芳香類、胺類和烷烴類物質(zhì)具有靈敏性。因此用鈷、鋅、錳、銠、鉛和鐵卟啉及一些其他金屬卟啉制成的敏感元件能成功地對(duì)光氣、三乙胺、己烷、乙醇、甲醇、苯等氣體進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光纖氣體傳感器主要包括入射光纖和出射光纖、反應(yīng)池和金屬卟啉溶液等。入射光纖和出射光纖分別為2～4根，并分別對(duì)稱而均勻地固定連接在反應(yīng)池的兩側(cè)，2～4根入射光纖的另一端與光源系統(tǒng)連接，用作傳入光信號(hào)，2～4根出射光纖的另一端與微型光譜儀及信號(hào)處理系統(tǒng)連接，以便將反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)后的光信號(hào)傳出進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)氣體識(shí)別。反應(yīng)池為長(zhǎng)方形或?qū)ΨQ雙錐型或橢圓形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為10～15mm，寬4～12mm，其內(nèi)均勻分隔為2～4個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液，作為敏感物質(zhì)與待測(cè)的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上固接一排氣管，在排氣管內(nèi)裝設(shè)一單向閥，以便自動(dòng)控制小反應(yīng)池內(nèi)氣、夜壓力。當(dāng)小反應(yīng)池內(nèi)待測(cè)氣體的壓力大于金屬卟啉溶液的液壓時(shí)，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，從而保證待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液的接觸反應(yīng)。在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上固接一通氣管，在通氣管內(nèi)裝設(shè)有加氣泵及單向閥，以便向各小反應(yīng)池內(nèi)送入待測(cè)的目標(biāo)氣體，并使氣體與金屬卟啉溶液充分接觸，以提高檢測(cè)的靈敏度。在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上固接一加料管，在加料管的頂端裝設(shè)一彈性塞子，用以方便地向反應(yīng)池內(nèi)加入不同的金屬卟啉溶液敏感物質(zhì)及清洗各小反應(yīng)池的清洗液。在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上固接一排液管，在排液管內(nèi)裝設(shè)一單向閥，以便排放出各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液及清洗液。排液與加料的配合就完成了方便地清洗小反應(yīng)池及更換各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液的功能，并保證各小反應(yīng)池檢測(cè)的精度。放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液為將鈷卟啉、鋅卟啉、錳卟啉、銠卟啉、鉛卟啉和鐵卟啉等中的2～4種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑中，其有機(jī)溶劑為氯仿或氯苯或二甲基甲酰胺，溶液濃度為3×10-8～8×10-8mol/l，金屬卟啉的具體種類和數(shù)量根據(jù)需檢測(cè)的目標(biāo)氣體確定。由于鈷卟啉對(duì)甲醇和乙醇等醇類物質(zhì)和己烷等烷類具有有靈敏性，鋅卟啉對(duì)光氣、苯、甲苯、二甲苯等芳香類和三甲胺等胺類物質(zhì)具有有靈敏性，錳卟啉對(duì)乙醛、丙醛等醛類物質(zhì)和胺類物質(zhì)具有敏感性，銠卟啉對(duì)己烷等烷類具有有靈敏性，鉛卟啉對(duì)氨和胺類物質(zhì)具有靈敏性，鐵卟啉對(duì)芳香類、胺類和烷烴類物質(zhì)具有靈敏性。因此本發(fā)明傳感器用鈷、鋅、錳、銠、鉛和鐵卟啉及一些其他金屬卟啉制成的敏感元件，對(duì)光氣、三乙胺、己烷、乙醇、甲醇、苯等氣體進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要特點(diǎn)是本發(fā)明傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉；敏感物質(zhì)金屬卟啉溶于有機(jī)溶劑并形成金屬卟啉溶液加入反應(yīng)池中，反應(yīng)池的長(zhǎng)度為10～15mm，寬4～12mm，即每次加入的卟啉溶液的總量很少；待測(cè)氣體從反應(yīng)池下方的通氣口加入，又因光氣及VOCs氣體易溶于有機(jī)溶劑，從而使光氣及VOCs氣體與金屬卟啉溶液敏感物質(zhì)充分反應(yīng)，顯著提高檢測(cè)的靈敏度；同一反應(yīng)池能對(duì)多種目標(biāo)氣體同時(shí)進(jìn)行有效檢測(cè)；從反應(yīng)池的加料口加入不同的金屬卟啉溶液，就能對(duì)不同的目標(biāo)氣體進(jìn)行有效檢測(cè)，檢測(cè)范圍廣等。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于廠房裝修、室內(nèi)裝飾、工業(yè)生產(chǎn)和精細(xì)化工等行業(yè)中光氣及揮發(fā)性有機(jī)物氣體的檢測(cè)，有利于環(huán)境保護(hù)和人們的身心健康。


圖1為本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為用本實(shí)施例1的傳感器檢測(cè)氣體的原理圖。
圖中1入射光纖，2反應(yīng)池，3排液管，4單向閥，5通氣管，6單向閥，7加氣泵，8出射光纖，9金屬卟啉溶液，10加料管，11彈性塞子，12單向閥，13排氣管，14光源系統(tǒng)，15微型光譜儀，16信號(hào)采集處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1
如圖1～2所示，一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖1和出射光纖8、反應(yīng)池2和金屬卟啉溶液9等。入射光纖1和出射光纖8分別為4根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池2的兩側(cè)，4根入射光纖1的另一端與光源系統(tǒng)14連接，用作傳入光信號(hào)，4根出射光纖8的另一端與微型光譜儀15及信號(hào)處理系統(tǒng)16連接，以便將反應(yīng)池2內(nèi)反應(yīng)后的光信號(hào)傳出進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)氣體識(shí)別。反應(yīng)池2為長(zhǎng)方形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為10mm，寬12mm，其內(nèi)均勻分隔為4個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液9，作為敏感物質(zhì)與待測(cè)的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管13，在排氣管13內(nèi)裝設(shè)一單向閥12，以便自動(dòng)控制小反應(yīng)池內(nèi)氣、液壓力。當(dāng)小反應(yīng)池內(nèi)待測(cè)氣體的壓力大于金屬卟啉溶液9的液壓時(shí)，單向閥12自動(dòng)關(guān)閉，從而保證待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液9的接觸反應(yīng)。在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管5，在通氣管5內(nèi)裝設(shè)有加氣泵7及單向閥6，以便向各小反應(yīng)池內(nèi)送入待測(cè)的目標(biāo)氣體，并使氣體與金屬卟啉溶液9充分接觸，以提高檢測(cè)的靈敏度。在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管10，在加料管10的頂端裝設(shè)一彈性塞子11，用以方便地向反應(yīng)池2內(nèi)加入不同的金屬卟啉溶液9敏感物質(zhì)，及清洗各小反應(yīng)池的氯仿。在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管3，在排液管3內(nèi)裝設(shè)一單向閥4，以便排放出各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9及氯仿清洗液。排液與加料的配合就完成了方便地清洗小反應(yīng)池及更換各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9的功能，并保證各小反應(yīng)池檢測(cè)的精度，檢測(cè)限達(dá)ppm級(jí)。放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9為將鈷卟啉、鋅卟啉、錳卟啉、銠卟啉4種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑氯仿中，溶液的濃度為3×10-8mol/l。對(duì)光氣、乙醇、甲醇、苯、甲苯、二甲苯、乙醛、丙醛等氣體進(jìn)行檢測(cè)。
實(shí)施例2一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖1和出射光纖8、反應(yīng)池2和金屬卟啉溶液9等。入射光纖1和出射光纖8分別為2根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池2的兩側(cè)，2根入射光纖1的另一端與光源系統(tǒng)14連接，用作傳入光信號(hào)，2根出射光纖8的另一端與微型光譜儀15及信號(hào)處理系統(tǒng)16連接，以便將反應(yīng)池2內(nèi)反應(yīng)后的光信號(hào)傳出進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)氣體識(shí)別。反應(yīng)池2為對(duì)稱雙錐型的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為15mm，寬4mm，其內(nèi)均勻分隔為2個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液9，作為敏感物質(zhì)與待測(cè)的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管13，在排氣管13內(nèi)裝設(shè)一單向閥12，以便自動(dòng)控制小反應(yīng)池內(nèi)氣、液壓力。當(dāng)小反應(yīng)池內(nèi)待測(cè)氣體的壓力大于金屬卟啉溶液9的液壓時(shí)，單向閥12自動(dòng)關(guān)閉，從而保證待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液9的接觸反應(yīng)。在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管5，在通氣管5內(nèi)裝設(shè)有加氣泵7及單向閥6，以便向各小反應(yīng)池內(nèi)送入待測(cè)的目標(biāo)氣體，并使氣體與金屬卟啉溶液9充分接觸，以提高檢測(cè)的靈敏度。在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管10，在加料管10的頂端裝設(shè)一彈性塞子11，用以方便地向反應(yīng)池2內(nèi)加入不同的金屬卟啉溶液9敏感物質(zhì)及清洗各小反應(yīng)池的氯苯。在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管3，在排液管3內(nèi)裝設(shè)一單向閥4，以便排放出各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9及氯苯清洗液。排液與加料的配合就完成了方便地清洗小反應(yīng)池及更換各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9的功能，并保證各小反應(yīng)池檢測(cè)的精度，檢測(cè)限達(dá)ppm級(jí)。放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9為將鉛卟啉和鐵卟啉2種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑氯苯中，溶液的濃度為8×10-8mol/l。對(duì)三乙胺、己烷、苯、甲苯、二甲苯、等揮發(fā)性有機(jī)物氣體進(jìn)行檢測(cè)。
實(shí)施例3一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖1和出射光纖8、反應(yīng)池2和金屬卟啉溶液9等。入射光纖1和出射光纖8分別為3根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池2的兩側(cè)，3根入射光纖1的另一端與光源系統(tǒng)14連接，用作傳入光信號(hào)，3根出射光纖8的另一端與微型光譜儀15及信號(hào)處理系統(tǒng)16連接，以便將反應(yīng)池2內(nèi)反應(yīng)后的光信號(hào)傳出進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)氣體識(shí)別。反應(yīng)池2為橢圓形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為13mm，寬9mm，其內(nèi)均勻分隔為3個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液9，作為敏感物質(zhì)與待測(cè)的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管13，在排氣管13內(nèi)裝設(shè)一單向閥12，以便自動(dòng)控制小反應(yīng)池內(nèi)氣、液壓力。當(dāng)小反應(yīng)池內(nèi)待測(cè)氣體的壓力大于金屬卟啉溶液9的液壓時(shí)，單向閥12自動(dòng)關(guān)閉，從而保證待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液9的接觸反應(yīng)。在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管5，在通氣管5內(nèi)裝設(shè)有加氣泵7及單向閥6，以便向各小反應(yīng)池內(nèi)送入待測(cè)的目標(biāo)氣體，并使氣體與金屬卟啉溶液9充分接觸，以提高檢測(cè)的靈敏度。在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管10，在加料管10的頂端裝設(shè)一彈性塞子11，用以方便地向反應(yīng)池2內(nèi)加入不同的金屬卟啉溶液9敏感物質(zhì)及清洗各小反應(yīng)池的二甲基甲酰胺。在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管3，在排液管3內(nèi)裝設(shè)一單向閥4，以便排放出各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9及二甲基甲酰胺清洗液。排液與加料的配合就完成了方便地清洗小反應(yīng)池及更換各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9的功能，并保證各小反應(yīng)池檢測(cè)的精度，檢測(cè)限達(dá)ppm級(jí)。放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液9為將鈷卟啉、銠卟啉和鐵卟啉3種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺中，溶液的濃度為5×10-8nmol/l。對(duì)乙醇、甲醇、苯等揮發(fā)性有機(jī)物氣體進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明檢測(cè)氣體的工作過(guò)程如圖3所示，利用本發(fā)明傳感器檢測(cè)氣體的完整裝置由光源系統(tǒng)，光纖氣體傳感器，微型光譜議和信號(hào)采集和處理系統(tǒng)。從加料口加入金屬卟啉溶液，使反應(yīng)池上方有一定的空隙，當(dāng)加氣泵工作時(shí)，待測(cè)氣體在加氣泵的推動(dòng)下加入反應(yīng)池，使其在反應(yīng)池中充分反應(yīng)，壓強(qiáng)超過(guò)氣液平衡的壓力時(shí)，氣體由排空管經(jīng)單向閥排出，當(dāng)氣液又達(dá)到平衡時(shí)，單向閥自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)反應(yīng)完全后，光源系統(tǒng)開(kāi)始工作，形成傳感器的入射光部分。當(dāng)入射光射到金屬卟啉溶液上時(shí)，同目標(biāo)氣體反應(yīng)后的金屬卟啉溶液會(huì)對(duì)光源信號(hào)中某些固定波長(zhǎng)光信號(hào)產(chǎn)生吸收作用。該段波長(zhǎng)能量被吸收后，改變后的入射光由出射光纖傳至微型光譜儀，再到信號(hào)采集和處理系統(tǒng)。金屬卟啉溶液有一定的吸收波長(zhǎng)，與光氣及揮發(fā)性有機(jī)化合物作用，波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)氣體不同時(shí)，波長(zhǎng)移動(dòng)的距離不同，氣體再通過(guò)信號(hào)采集和處理計(jì)算，模式識(shí)別，并得到最后的識(shí)別結(jié)果。最后，金屬卟啉溶液由排液管排出。
權(quán)利要求
1.一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖(1)、出射光纖(8)、反應(yīng)池(2)，其特征在于還有金屬卟啉溶液(9)，入射光纖(1)和出射光纖(8)分別為2～4根，并分別對(duì)稱而均勻地固定連接在反應(yīng)池(2)的兩側(cè)，2～4根入射光纖(1)的另一端與光源系統(tǒng)(14)連接，2～4根出射光纖(8)的另一端與微型光譜儀(15)及信號(hào)處理系統(tǒng)(16)連接，反應(yīng)池(2)為長(zhǎng)方形或?qū)ΨQ雙錐型或橢圓形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為10～15mm，寬4～12mm，其內(nèi)均勻分隔為2～4個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液(9)，在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上固接一排氣管(13)，在排氣管(13)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(12)，在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上固接一通氣管(5)，在通氣管(5)內(nèi)裝設(shè)有加氣泵(7)及單向閥(6)，在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上固接一加料管(10)，在加料管(10)的頂端裝設(shè)一彈性塞子(11)，在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上固接一排液管(3)，在排液管(3)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(4)，放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液(9)為將鈷卟啉、鋅卟啉、錳卟啉、銠卟啉、鉛卟啉和鐵卟啉中的2～4種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑中，其有機(jī)溶劑為氯仿或氯苯或二甲基甲酰胺，溶液濃度為3×10-8～8×10-8mol/l，金屬卟啉的具體種類和數(shù)量根據(jù)需檢測(cè)的目標(biāo)氣體確定。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種光纖氣體傳感器，其特征在于一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖(1)和出射光纖(8)、反應(yīng)池(2)和金屬卟啉溶液(9)，入射光纖(1)和出射光纖(8)分別為4根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池(2)的兩側(cè)，4根入射光纖(1)的另一端與光源系統(tǒng)(14)連接，4根出射光纖(8)的另一端與微型光譜儀(15)及信號(hào)處理系統(tǒng)(16)連接，反應(yīng)池(2)為長(zhǎng)方形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為10mm，寬12mm，其內(nèi)均勻分隔為4個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液(9)，在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管(13)，在排氣管(13)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(12)，在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管(5)，在通氣管(5)內(nèi)裝設(shè)有加氣泵(7)及單向閥(6)，在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管(10)，在加料管(10)的頂端裝設(shè)一彈性塞子(11)，在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管(3)，在排液管(3)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(4)，放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液(9)為將鈷卟啉、鋅卟啉、錳卟啉、銠卟啉4種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑氯仿中，溶液的濃度為3×10-8mol/l。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種光纖氣體傳感器，其特征在于一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖(1)和出射光纖(8)、反應(yīng)池(2)和金屬卟啉溶液(9)，入射光纖(1)和出射光纖(8)分別為2根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池(2)的兩側(cè)，2根入射光纖(1)的另一端與光源系統(tǒng)(14)連接，2根出射光纖(8)的另一端與微型光譜儀(15)及信號(hào)處理系統(tǒng)(16)連接，反應(yīng)池(2)為對(duì)稱雙錐型的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為15mm，寬4mm，其內(nèi)均勻分隔為2個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液(9)，在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管(13)，在排氣管(13)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(12)，在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管(5)，在通氣管(5)內(nèi)裝設(shè)有加氣泵(7)及單向閥(6)，在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管(10)，在加料管(10)的頂端裝設(shè)一彈性塞子(11)，在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管(3)，在排液管(3)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(4)，放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液(9)為將鉛卟啉和鐵卟啉2種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑氯苯中，溶液的濃度為8×10-8mol/l。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種光纖氣體傳感器，其特征在于一種光纖氣體傳感器，主要包括入射光纖(1)和出射光纖(8)、反應(yīng)池(2)和金屬卟啉溶液(9)，入射光纖(1)和出射光纖(8)分別為3根，并分別對(duì)稱而均勻地膠粘結(jié)在反應(yīng)池(2)的兩側(cè)，3根入射光纖(1)的另一端與光源系統(tǒng)(14)連接，3根出射光纖(8)的另一端與微型光譜儀(15)及信號(hào)處理系統(tǒng)(16)連接，反應(yīng)池(2)為橢圓形的玻璃殼體，其長(zhǎng)度為13mm，寬9mm，其內(nèi)均勻分隔為3個(gè)小反應(yīng)池，各小反應(yīng)池內(nèi)分別裝有不同的金屬卟啉溶液(9)，在各小反應(yīng)池的上端殼體的一端上，分別設(shè)置一排氣口，在排氣口上用膠粘結(jié)一排氣管(13)，在排氣管(13)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(12)，在各小反應(yīng)池下端殼體的另一端上，分別設(shè)置一通氣口，在通氣口上用膠粘結(jié)一通氣管(5)，在通氣管(5)內(nèi)裝設(shè)有加氣泵(7)及單向閥(6)，在各小反應(yīng)池上端殼體對(duì)應(yīng)于排氣口的另一端上，分別設(shè)置一加料口，在加料口上用膠粘結(jié)一加料管(10)，在加料管(10)的頂端裝設(shè)一彈性塞子(11)，在各小反應(yīng)池下端殼體對(duì)應(yīng)于通氣管的另一端上設(shè)置一排液口，在排液口上用膠粘結(jié)一排液管(3)，在排液管(3)內(nèi)裝設(shè)一單向閥(4)，放置于各小反應(yīng)池內(nèi)的金屬卟啉溶液(9)為將鈷卟啉、銠卟啉和鐵卟啉3種金屬卟啉分別溶于有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺中，溶液的濃度為5×10-8nmol/l。
全文摘要
一種光纖氣體傳感器，涉及檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)氣體的光纖氣體傳感器。本發(fā)明傳感器主要包括入射光線和出射光纖、反應(yīng)池及金屬卟啉溶液等。由于本發(fā)明傳感器具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉；能使待測(cè)氣體與金屬卟啉溶液敏感物質(zhì)充分反應(yīng)，顯著提高檢測(cè)的靈敏度；同一反應(yīng)池能對(duì)多種目標(biāo)氣體同時(shí)進(jìn)行有效檢測(cè)；從反應(yīng)池的加料口加入不同的金屬卟啉溶液，就能對(duì)不同的目標(biāo)氣體進(jìn)行有效檢測(cè)，檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，故本發(fā)明傳感器可廣泛應(yīng)用于廠房裝修、室內(nèi)裝修、工業(yè)生產(chǎn)及精細(xì)化工等行業(yè)中檢測(cè)光氣及揮發(fā)性有機(jī)物氣體，有利于環(huán)境保護(hù)和人們的身心健康。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101059443SQ200710078560
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者侯長(zhǎng)軍, 霍丹群, 張紅英, 廖海洋, 鄭小林, 侯文生, 楊軍, 皮喜田 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)