[发明专利]条波导萨格纳克环氨气传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨气传感器，特别是涉及一种利用Sagnac环输出光功率的变化来检测氨气的浓度的氨气传感器的制备方法。

背景技术

氨气是一种无色具强烈刺激性臭味的气体，对动物和人类具有高度毒性。氨气浓度达到25×10^-6体积分数时，对眼睛和呼吸道有刺激；达到100×10^-6体积分数时，会引起结膜炎、呕吐；达到500×10^-6体积分数时，稍长暴露会引起死亡。因此对氨气的检测在很多领域如食品工艺、化学工程、医药诊断以及环境保护等方面有着重要应用。检测氨气的传统方法为电化学传感法，但是由于电化学气体传感器使用液体电解液，而电解液的蒸发或污染会导致传感器信号衰降，并且氨气在电极表面氧化机理比较复杂，中间产物较多，传感器电解质的选择与工艺的变化会对传感器实际应用性能产生根本性的影响，这限制了电化学气体传感器的发展和应用。

所谓条波导Sagnac环氨气传感器是利用含有对氨气敏感材料的条波导，在吸收了氨气后双折射会发生变化进而引起Sagnac环输出光功率的变化来检测氨气的浓度。波导Sagnac环结构如图1所示，光源发出的光进入3dB耦合器后被分为两束，分别沿顺时针和逆时针方向在环中传播，当两束光再次在耦合器中相遇时发生光的干涉，用光功率计测量其输出特性。条波导Sagnac环输出光功率为：

I_out＝sin2θsin²(δ/2)I_in                   (1)

其中δ为条波导快慢轴光波的相位差；θ为条波导的光轴与光纤环坐标轴存在夹角。从公式(1)可知，当Sagnac环中条波导中敏感物质与氨气作用后，条波导的双折射特性δ会发生变化，这将引起输出端口的光功率发生变化，因此通过条波导Sagnac环可以灵敏而可靠地检测氨气浓度的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高灵敏度、不易受外界环境干扰、结构简单的条波导Sagnac环氨气传感器的制备方法。

本发明技术方案：一种条波导Sagnac环氨气传感器的制备方法，包括下列步骤：

a.制备对氨气敏感的溶胶-凝胶材料

以摩尔比为2:6:2的苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸四乙酯作为反应前驱物，在反应前驱物中加入对氨气敏感的偶氮染料CR465，在0.004mol/L盐酸水溶液催化剂条件下进行水解反应，制得传感器用的溶胶-凝胶材料；

b.制备条波导

用光刻方法在硅-二氧化硅基片上刻出条波导图案，光刻时间为20s，然后用旋涂法将步骤a制备的溶胶-凝胶材料涂在所述硅-二氧化硅基片上，旋速控制在1200rpm，即得到条波导；

c.制备传感器

将步骤b制备的条波导接入到光纤Sagnac环中，即制得所述条波导Sagnac环氨气传感器。

发明的有益效果：

(1)本发明采用光学方法进行传感，具有不受外界电磁场的干扰、稳定性好、灵敏度高、并具有小型化和多功能集成等优点。

(2)本发明采用溶胶-凝胶法制备条波导材料，溶胶-凝胶具有许多优点(a)反应温度低，反应过程易于控制；(b)易于改性，掺杂的范围宽；近几年来，有机/无机混合溶胶-凝胶材料显示出许多令人瞩目的特性，更扩大了这种材料的应用范围等。

(3)本发明在溶胶-凝胶中掺杂对氨气敏感的CR465，使条波导Sagnac环具有选择性传感的功能。

(4)本发明利用条波导Sagnac环进行氨气传感，具有结构简单，易于实现等优点。

总的来说，本发明具有制作成本低、传感时不受外界电磁场的干扰、稳定性好、灵敏度高等优点。

附图说明

图1是条波导Sagnac环结构示意图。

其中：1是光源、2是光功率计、3是3dB耦合器、4是条波导。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明进一步详细描述，一种条波导Sagnac环氨气传感器的制备方法，包括下列步骤：

a.制备对氨气敏感的溶胶-凝胶材料

以摩尔比为2:6:2的苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸四乙酯作为反应前驱物，在反应前驱物中加入对氨气敏感的偶氮染料CR465，在0.004mol/L盐酸水溶液催化剂条件下进行水解反应，制得传感器用的溶胶-凝胶材料；

b.制备条波导