本發(fā)明涉及氣體傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

1、光聲光譜技術(shù)已成為檢測(cè)痕量氣體領(lǐng)域中的一種有效手段，光聲光譜技術(shù)具有靈敏度高，無(wú)背景檢測(cè)，響應(yīng)速度快，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。其主要原理是基于氣體分子的選擇性吸收與朗伯—比爾定律，氣體信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理可分為如下四個(gè)主要步驟：1.氣體的吸收譜線(xiàn)與被調(diào)制的激光光源波長(zhǎng)重疊時(shí)，待測(cè)氣體分子會(huì)因?yàn)槲占す饽芰坑傻湍軕B(tài)躍遷至高能態(tài)；2.處于高能態(tài)的分子不穩(wěn)定，將經(jīng)歷一個(gè)有高能態(tài)向低能態(tài)過(guò)渡的馳豫過(guò)程，使得分子吸收的能量幾乎都以熱能的形式釋放出來(lái)；3.氣體分子在封閉體積內(nèi)的膨脹和收縮的頻率取決于激光的調(diào)制頻率，從而引起壓力變化產(chǎn)生特定頻率聲波；4.特定頻率聲波最終被麥克風(fēng)探測(cè)到，由于其信號(hào)強(qiáng)度和氣體濃度成正比，使得通過(guò)聲波強(qiáng)度信息可以反解氣體濃度信息。

2、對(duì)于傳統(tǒng)的光聲光譜氣體傳感器，由于聲波產(chǎn)生于密閉的光聲池中，而傳統(tǒng)的光聲池要與激勵(lì)光源和聲波傳感器達(dá)到諧振，從而導(dǎo)致整體的光聲光譜氣體傳感器的體積較大，很難達(dá)到高靈敏度檢測(cè)。因此如何提高檢測(cè)聲壓的靈敏度，以提高光聲光譜氣體檢測(cè)裝置靈敏度，是現(xiàn)階段需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)痕量氣體的高靈敏度檢測(cè)，在光聲光譜領(lǐng)域應(yīng)用擁有巨大前景。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，包括中紅外光源、濾光片、氣體傳感器、環(huán)形器、激光器、探測(cè)器和daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述濾光片位于紅外光源與氣體傳感器的輸入端之間，所述氣體傳感器內(nèi)設(shè)有f-p腔，所述氣體傳感器的輸出端與環(huán)形器的其中一個(gè)輸入端連接，所述激光器與環(huán)形器的另一個(gè)輸入端連接，所述環(huán)形器的輸出端與探測(cè)器連接，所述探測(cè)器的輸出端與daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出調(diào)制信號(hào)，并對(duì)紅外光源進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。

4、作為優(yōu)選，所述氣體傳感器包括空芯光纖、實(shí)芯光纖、石墨烯薄膜、單模光纖和陶瓷套管，所述實(shí)芯光纖和空芯光纖相連接，所述陶瓷套管位于空芯光纖遠(yuǎn)離實(shí)芯光纖的一端，且陶瓷套管與空芯光纖之間有間距，所述石墨烯薄膜通過(guò)uv膠粘接固定在陶瓷套管靠近空芯光纖一端的端部，所述單模光纖插接在陶瓷套管遠(yuǎn)離空芯光纖的一端。

5、作為優(yōu)選，所述氣體傳感器還包括兩段毛細(xì)玻璃管，兩段所述毛細(xì)玻璃管分別為毛細(xì)玻璃管一和毛細(xì)玻璃管二，所述毛細(xì)玻璃管一套接在實(shí)芯光纖和空芯光纖的連接處，所述毛細(xì)玻璃管二套接在空芯光纖和陶瓷套管上。

6、作為優(yōu)選，所述單模光纖的端部與石墨烯薄膜之間的反射表面形成f-p腔，所述空芯光纖的空心內(nèi)腔和石墨烯薄膜之間形成光聲腔體，所述光聲腔體的周側(cè)被毛細(xì)玻璃管二包圍，所述毛細(xì)玻璃管二上通過(guò)飛秒激光加工有一個(gè)微孔，所述微孔用于待測(cè)氣體進(jìn)入光聲腔體內(nèi)與紅外光發(fā)生吸收反應(yīng)。

7、作為優(yōu)選，所述紅外光源為中紅外寬譜光源。

8、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)痕量氣體的高靈敏度檢測(cè)，充分利用光的吸收過(guò)程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起的氣體壓強(qiáng)變化，進(jìn)而探測(cè)氣體壓強(qiáng)變化導(dǎo)致的石墨烯薄膜振動(dòng)，通過(guò)f-p腔作為傳感單元來(lái)測(cè)量石墨烯薄膜的振動(dòng)幅度，進(jìn)一步推出氣體濃度。

技術(shù)特征：

1.一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，包括紅外光源、濾光片、氣體傳感器、環(huán)形器、激光器、探測(cè)器和daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片位于紅外光源與氣體傳感器的輸入端之間，所述氣體傳感器內(nèi)設(shè)有f-p腔，所述氣體傳感器的輸出端與環(huán)形器的其中一個(gè)輸入端連接，所述激光器與環(huán)形器的另一個(gè)輸入端連接，所述環(huán)形器的輸出端與探測(cè)器連接，所述探測(cè)器的輸出端與daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出調(diào)制信號(hào)，并對(duì)紅外光源進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述氣體傳感器包括空芯光纖、實(shí)芯光纖、石墨烯薄膜、單模光纖和陶瓷套管，所述實(shí)芯光纖和空芯光纖相連接，所述陶瓷套管位于空芯光纖遠(yuǎn)離實(shí)芯光纖的一端，且陶瓷套管與空芯光纖之間有間距，所述石墨烯薄膜通過(guò)uv膠粘接固定在陶瓷套管靠近空芯光纖一端的端部，所述單模光纖插接在陶瓷套管遠(yuǎn)離空芯光纖的一端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述氣體傳感器還包括兩段毛細(xì)玻璃管，兩段所述毛細(xì)玻璃管分別為毛細(xì)玻璃管一和毛細(xì)玻璃管二，所述毛細(xì)玻璃管一套接在實(shí)芯光纖和空芯光纖的連接處，所述毛細(xì)玻璃管二套接在空芯光纖和陶瓷套管上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述單模光纖的端部與石墨烯薄膜之間的反射表面形成f-p腔，所述空芯光纖的空心內(nèi)腔和石墨烯薄膜之間形成光聲腔體，所述光聲腔體的周側(cè)被毛細(xì)玻璃管二包圍，所述毛細(xì)玻璃管二上通過(guò)飛秒激光加工有一個(gè)微孔，所述微孔用于待測(cè)氣體進(jìn)入光聲腔體內(nèi)與紅外光發(fā)生吸收反應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空芯光纖和f-p腔的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述紅外光源為中紅外寬譜光源。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于空芯光纖和F?P腔的氣體檢測(cè)裝置，包括中紅外光源、濾光片、氣體傳感器、環(huán)形器、激光器、探測(cè)器和DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，濾光片位于紅外光源與氣體傳感器的輸入端之間，氣體傳感器內(nèi)設(shè)有F?P腔，氣體傳感器的輸出端與環(huán)形器的其中一個(gè)輸入端連接，激光器與環(huán)形器的另一個(gè)輸入端連接，環(huán)形器的輸出端與探測(cè)器連接，探測(cè)器的輸出端與DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)出調(diào)制信號(hào)，并對(duì)紅外光源進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，本發(fā)明設(shè)計(jì)的氣體傳感器采用全光纖的系統(tǒng)，采用空芯光纖作為待測(cè)氣體的氣室和光聲池，不僅可以提高光聲效應(yīng)的激發(fā)效率，而且具有良好的抗彎曲能力，便于系統(tǒng)的柔性化、小型化和輕便化。

技術(shù)研發(fā)人員：宋涵,賀智康,劉繄,王博一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：紹興市上虞區(qū)武漢理工大學(xué)高等研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9