[实用新型]一种光纤传感头及其有机气体光纤传感装置

说明书

本实用新型涉及传感器领域，更具体地，涉及一种光纤传感头及其有机气体光纤传感装置。光纤传感头包括两端固定在支架上的侧边抛磨光纤，侧边抛磨光纤的抛磨区悬空朝上，抛磨区上均匀涂覆有胆甾相液晶薄膜。本实用新型的光纤传感头将敏感材料胆甾相液晶薄膜涂覆到侧边抛磨光纤的抛磨平坦区构成，胆甾相液晶薄膜构成一高折射率波导，抛磨光纤纤芯中的光场与液晶波导中的高阶模相互耦合，在侧边抛磨光纤的输出光谱中可以看到多个共振峰。当有机气体渗透进液晶薄膜时，会引起液晶波导的有效折射率发生改变，导致光纤传输光谱中共振峰发生漂移，实现有机气体的传感，可以将本实用新型中的光纤传感头应用于有机气体的检测。

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种光纤传感头及其有机气体光纤传感装置。

背景技术

目前有很多技术可以检测有机气体分子，比如气相色谱分析法，离子迁移谱，质谱分析法等。尽管这些技术在检测有机气体时，具有很好的灵敏度和准确性，但需要庞大昂贵的仪器设备和复杂的操作流程，且无法实时在线检测微小空间内的有机气体。

气体传感器是一种将气体中的特定成份检测出来并转化成电信号的器件，可以用来对有毒、有害气体的探测，对易爆易燃等气体的安全报警，对人类生产生活中所需了解的气体进行检测、分析研究等。电子传感器是其中一类气体传感器，其具有相对小的体积，但是电子传感器需要电，容易产生电火花并引起有机气体爆炸，且容易受到电磁干扰的影响。

光纤传感器是一项正在发展中的具有广阔前景的高新技术，光纤传感器不容易受到电磁干扰的影响、不容易与其它物质发生化学反应、成本低、响应快、可以与光通信设备无缝连接。近些年，学者们研究了各种结构的光纤传感器并用于有机气体的检测，比如荧光型光纤气体传感器、光谱吸收型光纤气体传感器等。光谱吸收型传感器是利用有机气体的吸收谱，而荧光型传感器利用有机气体的荧光光谱，或者有机气体对荧光材料所发射荧光的淬灭作用实现检测。光谱吸收型和荧光型光纤气体传感器需要体积庞大的气室，需要对气体进行取样，难以实现气体的在线检测。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种能够用于实时、在线、原位检测有机气体的光纤传感头，还提供一种基于该光纤传感头的有机气体光纤传感装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种光纤传感头，包括两端固定在支架上的侧边抛磨光纤，侧边抛磨光纤的抛磨区悬空朝上，抛磨区上均匀涂覆有胆甾相液晶薄膜。

胆甾相液晶分子的排列呈层状分布，层内液晶分子取向相互平行，而相邻层之间的分子取向逐渐扭曲，经过若干层之后，分子取向正好旋转360°。这种螺旋结构是由液晶分子之间的弱相互作用形成的，所以胆甾相液晶分子的取向很容易受到外界刺激的影响，导致其有效折射率发生变化。有机气体分子渗透胆甾相液晶后，会使得胆甾相液晶分子的螺旋排列发生变化，因此，可通过检测胆甾相液晶的反射谱来传感有机气体。本发明中的光纤传感头是将敏感材料胆甾相液晶薄膜涂覆到侧边抛磨光纤的抛磨平坦区构成，侧边抛磨光纤上的胆甾相液晶薄膜构成一高折射率波导，抛磨光纤纤芯中的光场与液晶波导中的高阶模相互耦合，在侧边抛磨光纤的输出光谱中可以看到多个共振峰。当有机气体渗透进液晶薄膜时，会引起液晶波导的有效折射率发生改变，导致光纤传输光谱中共振峰发生漂移，实现有机气体的传感。由于光纤尺寸小，直接将胆甾相液晶涂覆到光纤上形成小型的光纤传感器，可以应用于微小空间内有机气体的检测，而且是可以直接放置在待检测的环境中进行检测，可以实现有机气体的实时、在线、原位检测。