[发明专利]一种基于空芯Bragg光纤的PM2.5

权利要求书

1.一种基于空芯Bragg光纤的PM_2.5浓度检测装置，其特征在于：包括超辐射宽带光源SLD、光纤PM_2.5浓度传感器、测试气室、PM_2.5发生器、开关阀门、气体流量计、光谱分析仪和与光谱分析仪连接的计算机；

所述光纤PM_2.5浓度传感器由一支单模光纤、一支空气纤芯内表面涂覆有掺碘聚乙炔光致导电吸附薄膜的空芯Bragg光纤、一支多模光纤、以及两个光纤连接器组成，单模光纤的输出端通过光纤连接器与空芯Bragg光纤的输入端连接，空芯Bragg光纤的输出端通过光纤连接器与多模光纤的输入端连接；

所述的空芯Bragg光纤由直径为200μm的空气纤芯、包围在空气纤芯外的一维光子晶体层、包围在一维光子晶体层外的包层构成；所述一维光子晶体层由周期性交叉分布的高折射率层和低折射率层组成，各高折射率层的折射率和厚度相同，各低折射率层的折射率和厚度也相同，该空芯Bragg光纤的传输波段中心波长在1.55μm；

所述光纤PM_2.5浓度传感器设置于测试气室内，所述测试气室上设置有进气口和出气口，所述进气口通过开关阀门分别与PM_2.5发生器和控制氮气流量的气体流量计连接；所述空芯Bragg光纤的两端开口端直接与测试气室内的待测物质相通；所述辐射宽带光源SLD与单模光纤的输入端连接，所述光谱分析仪与多模光纤的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于空芯Bragg光纤的PM_2.5浓度检测装置，其特征在于：所述掺碘聚乙炔光致导电吸附薄膜通过如下步骤涂覆在空芯Bragg光纤的纤芯内表面上：

第一步、在空芯Bragg光纤内壁制备银层，其包括：

I、将空芯Bragg光纤依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中超声5min以清洁内外表面，将清洗后的空芯Bragg光纤放入真空干燥箱中，在60℃条件下干燥20min；

II、准确称取1g氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)，将称取的SnCl₂·2H₂O溶于5mL浓氯化氢和100mL去离子水组成的溶液中，并向溶液中加入适量锡粒，配置成浓度为10g/L的敏化液，将空芯Bragg光纤放入敏化液敏化，敏化时间为5min，然后用去离子水清洗空芯Bragg光纤；

III、以去离子水为介质，配置浓度为0.3g/L的氯化钯活化液，将空芯Bragg光纤放入氯化钯活化液进行活化，保持温度为30-45℃，活化时间为3～8分钟；

IV、配制3.5g/100mL的硝酸银溶液10mL，缓慢滴加28％的氨水直至沉淀刚好溶解，再滴加38％的乙醛5滴，保持温度为60-80℃，通过蠕动泵使溶液缓慢通过已经活化、敏化处理的光纤内部，直至光纤内壁沉积均匀的银层；

第二步、制备掺碘聚乙炔薄膜，其包括：

a、将空芯Bragg光纤两端用橡胶塞密封，并在两端橡胶塞上分别预留两小孔，使得金或铂丝对电极和电解液通过；

b、以去离子水为介质，配制具有催化作用的电解液，通入乙炔气体至饱和，使电解液自下而上通过光纤内部；

c、将Bragg光纤内壁银层作为工作电极，金或铂丝为对电极，使用电化学工作站控制电流密度为1～3mA·cm^-2，在室温下进行聚乙炔薄膜的电化学合成；

d、控制电流密度和反应时间，直至获得厚度为130nm～170nm的聚乙炔薄膜；

e、向光纤内通入去离子水、无水乙醇、丙酮以清洁未反应的电解质，将清洗后的光纤放入真空干燥箱中，在60℃条件下干燥2小时，用碘蒸汽对聚乙炔薄膜进行掺杂，得到厚度均匀的且对PM_2.5敏感的掺碘聚乙炔薄膜。

3.根据权利要求1所述的基于空芯Bragg光纤的PM_2.5浓度检测装置，其特征在于：所述高折射率层为硅层，所述低折射率层为二氧化硅层。