一种光纤传感器结构.pdf

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及光纤传感器结构。本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉曼光，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果。所述的光纤设置于毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括：第一毛细管套，其管内为光纤的常规区段；第二毛细管套，其管内为光纤的锥形区段；第三毛细管套，其管内为光纤的锥形区段。本发明的技术优点是可消去泵浦光对测量光影响，实现一种结构简单又检测灵敏的光纤气体传感器或光纤液体传感器。

1.  一种光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光(106)，收集所述的荧光或拉曼光(106)，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果，其特征在于，所述的光纤设置于毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括：
第一毛细管套(102A)，其管内为光纤的常规区段(101A)；
第二毛细管套(102B)，其管内为光纤的锥形区段(101B)；
第三毛细管套(102C)，其管内为光纤的锥形区段(101C)。

2.  根据权利要求1所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第一毛细管套(102A)和第二毛细管套(102B)的胶合处设置一导入通道(104)，所述的第一毛细管套(102A)和第三毛细管套(102C)的胶合处设置一导出通道(105)。

3.  根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内通过不断流通的气体或液体物质。

4.  根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内通入气体或液体物质后，闭合导入通道(104)的入口密封塞(1041)以及导出通道(105)的出口密封塞(1051)，从而形成一密闭的管道结构。

5.  根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第二毛细管套(102B)和其管内的光纤的锥形区段(101B)的间隙填充密封胶(103)，所述的第三毛细管套(102C)和其管内的光纤的锥形区段(101C)的间隙填充密封胶(103)。

6.  根据权利要求1所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第三毛细管套(102C)由2个斜切口的毛细管套(102C1、102C2)胶合而成，所述的胶合面镀反射膜(S2)。

7.  根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(S1)。

8.  根据权利要求3所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(S1)。

9.  根据权利要求4所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(S1)。

10.  根据权利要求1所述的光纤传感器结构，其特征在于：所述的荧光或拉曼光(106)还通过一光学会聚元件(107)会聚收集，再入射进入传输光纤(108)至所述的光谱仪。

一种光纤传感器结构
技术领域
本发明涉及光学测量领域，尤其涉及利用输入激光在光纤中产生的倏逝波激励一种毛细管结构内的气体或液体物质，得到的荧光光谱或拉曼光谱，再利用光谱仪进行频谱分析，从而实现对测试气体或者液体物质进行检测的光纤传感器结构。
背景技术
光纤气体传感器或光纤液体传感器由于具有电绝缘性好、抗电磁干扰能力强、防爆、可远距离长期在线测量、传感单元结构简单、稳定可靠、易于组成光纤传感网络等优点，已广泛应用于对各种有毒和有害气体或液体物质的探测、大气污染和工业废气、工业废水监测以及对食品和居住环境质量的检测等。
光纤气体传感器或光纤液体传感器包括光谱吸收型、荧光型、染料指示剂型、折射率变化型和倏逝波型等。其中光谱吸收型传感器的传感测量系统较复杂、光学元件较多、成本较高、稳定性较差；染料指示剂型传感器易受化学反应速度限制，对环境温度和湿度敏感，可逆性差；折射率变化型传感器易受其它气体影响需经常调校，其可靠性和稳定性较差；荧光型传感器常常由于泵浦光不强而使产生的信号较弱，因而检测系统复杂，系统成本较高；倏逝波型传感器具有结构设计简单、成本较低等优点，但同样存在灵敏度不高的缺点。
发明内容
针对上述各光纤气体传感器或光纤液体传感器的不足，本发明提出一种结合荧光型、拉曼型及倏逝波型原理制作光纤气体传感器或光纤液体传感器。
本发明的技术方案是：
本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉曼光，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果。所述的光纤设置于毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括：
第一毛细管套(102A)，其管内为光纤的常规区段(101A)；
第二毛细管套(102B)，其管内为光纤的锥形区段(101B)；
第三毛细管套(102C)，其管内为光纤的锥形区段(101C)。
进一步的，所述的第一毛细管套(102A)和第二毛细管套(102B)的胶合处设置一导入通道(104)，所述的第一毛细管套(102A)和第三毛细管套(102C)的胶合处设置一导出通道(105)。
进一步的，所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内通过不断流通的气体或液体物质，实现流动检测气体或液体物质。
或者，所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内通入气体或液体物质后，闭合导入通道(104)的入口密封塞(1041)以及导出通道(105)的出口密封塞(1051)，从而形成一密闭的管道结构。密封液体和气体作为光谱标准体，实现检测气体或液体物质。
进一步的，所述的第二毛细管套(102B)和其管内的光纤的锥形区段(101B)的间隙填充密封胶(103)，所述的第三毛细管套(102C)和其管内的光纤的锥形区段(101C)的间隙填充密封胶(103)。防止被测液体或者气体从第二毛细管套(102B)或第三毛细管套(102C)端泄漏。
扩展的实施方式，所述的第三毛细管套(102C)由2个斜切口的毛细管套(102C1、102C2)胶合而成，所述的胶合面镀反射膜(S2)。该实施方式中，导出通道(105)可以设置于两胶合斜面。
所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(S1)。将产生的荧光或拉曼光传播限制在第一毛细管套的管道内部，实现端面收集，可用于测量折射率高于光纤的液体。
优选的实施方式，所述的荧光或拉曼光(106)还通过一光学会聚元件(107)会聚收集，再入射进入传输光纤(108)至所述的光谱仪。
本发明的技术优点是可消去泵浦光对测量光影响，实现一种结构简单又检测灵敏的光纤气体传感器或光纤液体传感器。
附图说明
图1是本发明的实施例一的结构示意图；
图2是本发明的实施例二的结构示意图；
图3是本发明的实施例三的结构示意图；
图4是本发明的实施例四的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉曼光，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果。
参阅图1所示的实施例一，其中101A为光纤的常规区段，101B、101C为光纤的锥形区段，102A、102B、102C为三段光纤毛细管套，104、105分别为导入通道和导出通道，103为粘结填充光纤的锥形区段101B、101C与光纤毛细管套102B、102C的胶，106为通过光纤倏逝波产生的荧光或拉曼光。由于光纤的常规区段101A在光纤毛细管套102A中可以形成一段很细的光纤，从而可在光纤的常规区段101A和光纤的常规区段101A表面产生很强激光光强。光纤的常规区段101A、光纤的锥形区段101B、光纤的锥形区段101C，光纤毛细管套102A、102B、102C通过粘结结合成一体，待测气体或液体可从导入通道104进入光纤毛细管套102A并被激光激发产生荧光或拉曼光106。
由于光纤毛细管套102A对产生的荧光或拉曼光具有较高透过率，因而光纤的常规区段101A产生的荧光或拉曼光可从侧面被接收，并可用于狭缝式光谱测量。
图2所示的是本发明的扩展实施方式，其中，由光纤毛细管102A、光纤毛细管102B，图1中的光纤毛细管102C扩展为带斜切口的光纤毛细管102C1、102C2组成。其中S2面为高反膜层，是光纤毛细管102C1、102C2的切口胶合面。这里光纤毛细管102A内表面S1镀有金属反射膜或漫反射膜从而形成光波导或漫反射腔，从光纤的常规区段101A产生的荧光或拉曼光沿着光纤毛细管102A内壁传播。104、105分别为导入通道和导出通道。通入气体或液体物质后，闭合导入通道104的入口密封塞1041以及导出通道105的出口密封塞1051，从而形成一密闭的管道结构。当光纤毛细管102B为陶瓷材料制作时，则可在光纤毛细管102B内形成漫反射腔。其中一部分光被S2表面反射的荧光或拉曼光106通过光学会聚元件107会聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光谱仪进行分析处理。采用这个结构可大大提高收集的荧光或拉曼光强度。
图3的实施例三的原理与图2的实施例二类似，并可用于测试液体样品。其中104、105分别为进液口和出液口，nF为光纤折射率，ng为毛细管玻璃(或塑料)折射率，nL为液体折射率，且nF＞nL＞ng在毛细管中产生波导，一部分荧光或拉曼106光沿波导方向传输并被S2面反射；另一部分荧光或拉曼106可在光纤毛细管套102A侧面收集，荧光或拉曼光106均通过光学会聚元件107会聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光谱仪进行分析处理。
图4的实施例四的结构原理亦与图2的实施例二类似，在光纤毛细管102A管外镀金属反射膜或漫反射膜S3，将产生的荧光或拉曼光106传播限制在光纤毛细管102A内部，实现端面收集，荧光或拉曼光106通过光学会聚元件107会聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光谱仪进行分析处理，可用于测量折射率高于光纤的液体。
本发明可密封液体和气体作为光谱标准体，也可以通过流通的气体、液体物质。本发明的优点可消去泵浦光对测量光影响，因为泵浦从光纤输出。本发明可采用多波长光进入泵浦，亦可通过可调激光器输入激光。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。