[发明专利]一种基于高灵敏度相位型SPR传感器的气体容器泄露的检测装置及其检测方法

说明书

本发明提出了一种基于相位型SPR传感器的气体容器泄露的检测装置及其检测方法，可以有效地解决现有技术中配置价格昂贵，灵敏度不够以及检测实时性不够且操作复杂等缺点。系统包括：激光器、起偏器、棱镜相位调制模块、SPR传感模块、SPR传感气室、气压平衡装置（或者抽气装置）、待检测气体容器、检偏器、光强探测器，激光光源发出的光经过起偏器，变成线偏光，经过棱镜相位调制模块，被调制为具有不同相位的椭偏光，再经过SPR传感气室内的SPR传感模块，最后经过检偏器和光强探测器测量并计算得到SPR传感的携带气体折射率信息的相位响应值，最终通过相位响应值的变化来表征气体容器的泄漏状态。

技术领域

本发明属于光学传感领域，涉及一种基于相位型SPR传感器的气体容器泄露的检测装置及其检测方法。

背景技术

气体容器泄漏检测在现代工业中是一个重要的实际研究问题，气体容器的泄漏通常会导致机械设备运转出现问题甚至损坏，还可能会导致压力容器失效甚至损坏。除此之外，从生态安全的角度来说，有毒气体及可燃爆炸气体的气体容器，即便是只有微小的泄漏，都将有可能危及人身安全和破坏生态环境，对人类的生活和生产活动都将产生极大影响。如光气的泄漏，人体吸入后，经几小时的潜伏期出现症状，表现为呼吸困难、胸部压痛、血压下降，严重时昏迷以至死亡。因此，针对气体容器泄漏的高灵敏度的检测具有重要的意义。而现有的气体容器泄漏检测的装置和方法都或多或少的有一些缺陷，比如说常规的非惰性气体可以利用一些化学反应的手段进行检测，但针对惰性气体的传感检测，惰性气体化学稳定性强，不活泼，很难与其他物质发生反应，且在空气中含量较低，其吸收光谱也没有明显的特征峰，因此很难利用常规的化学手段和红外吸收光谱的方法进行检测。再比如利用超声波信号进行气体泄漏检测，虽然廉价方便，但是灵敏度不高，只能应用于泄露情况较大的情况。再比如说，利用质谱仪或者气相色谱法进行气体容器泄漏的检测，虽然灵敏度高，且可以用于惰性气体的检测，但是应用起来耗时、不方便且价格相对比较昂贵。因此，急需找到一种廉价方便且灵敏度高的气体容器泄漏的检测装置及检测方法。

表面等离子体共振（surface plasmon resonance，以下简称SPR）是一种金属物理光学现象。所谓SPR现象，指的就是当倏逝波与传感芯片的表面等离子体波满足波矢匹配时产生的共振吸收现象。当SPR现象发生时，入射光的能量大部分耦合为表面等离子波，同时反射光的相位发生剧烈的跃变，且该跃变相位受传感芯片表面的折射率变化影响极大。相位型SPR传感器就是通过检测反射光相位的变化量，来实现对传感芯片表面样品折射率变化的高灵敏的实时检测，通常来说，相位型SPR传感器的对表面样品折射率的响应极限可以达到10^-7~10^-8 RIU数量级。

由于不同气体具有不同的光学特性，即具有不同的折射率。因此，本发明基于高灵敏度相位型SPR传感器，构建一种新的气体容器泄漏的检测装置及其检测方法。当气体容器发生泄漏时，SPR传感膜附近的气体组分发生改变，造成其表面等效折射率发生改变，引起反射光的相位发生较大改变，从而基于相位型SPR传感系统，通过检测反射光相位的变化量，就可以实现对气体容器泄漏的高灵敏度的检测。并且，由于相位型SPR传感器传感是光学传感，传感的是折射率，不需要对气体进行其他额外的处理，简单易操作，且检测的响应速度也非常快，实时性高，实用价值高。除此之外，相位型SPR传感器的配置也相对于其他检测手段如质谱仪等，价格上也较为低廉，易于生产推广。

发明内容

、发明目的。

本发明提出了一种基于相位型SPR传感器的气体容器泄露的检测装置及其检测方法，解决了现有技术中配置价格昂贵，灵敏度不够以及检测实时性不够且操作复杂等缺点。

、本发明所采用的技术方案。