[发明专利]一种气体传感器及仿真方法

说明书

一种气体传感器及仿真方法，气体传感器包括：至少一段光子固体光纤，沿光子固体光纤的轴向均匀的开有多个通孔，在预设个数的通孔孔壁上设有与纤芯基模藕合的金属膜，金属膜远离孔壁的一侧设有气体敏感薄膜。在通孔内壁镀上金属膜、甲烷敏感薄膜以及氢气敏感薄膜，甲烷和氢气浓度的变化会导致敏感薄膜折射率线性变化，进而导致SPR效应产生损耗峰有规律地移动，极大的提高了气体检测精度。

技术领域

本公开涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种气体传感器及仿真方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

甲烷，是结构最简单的烷类，天然气的主要成分。甲烷是很有发展潜力的一种燃料，常温常压下的甲烷是一种无色无味的气体，因此很不容易察觉。甲烷是一种十分容易闪燃甚至会爆炸的气体，只要空气中甲烷含量在4.4-17％的范围内就很容易起火或爆炸，所以在一些场合中甲烷浓度的监测至关重要。

氢气是世界上已知的密度和相对分子质量最小的气体，可作为飞艇、氢气球的填充气体。但是氢气的物理性质也是一种极易燃烧、无色透明、无臭无味且难溶于水的气体，通常状态下氢气不是非常活泼，但氢元素与绝大多数元素能组成化合物。因此，氢气浓度的监测也是非常重要的。

基于表面等离子体共振的传感原理，表面等离子体是一种拥有高密度的气体，它由带正、负带电粒子构成。若把金属表面的自由电子可以看成在均匀正电荷背景下的自由电子气体，则可被看作是一种表面等离子体。受到外来光波作用，金属表面自由电子的分布将变得不均匀。自由电子受到库仑力的吸引会向带有正电荷的方向移动，受到作用力的电子在本该停止运动的平衡点会继续向前移动，但由于电子与电子之间又存在着相斥作用，距离越近斥力越大，渐渐增大的斥力又迫使已经被聚集起来的电子再一次往相反方向移动。因此金属表面的自由电子会来来回回整体震荡，这种往返运动被称作等离子震荡，在金属表面以波的形式传输，称之为表面等离子波或表面等离子体激元。

目前传感器工作的原理，基于PCF结构的SPR传感原理同样是利用全反射的倏逝波来激发金属表面等离子体波使之发生共振。不过，比起传统的棱镜耦合方式，PCF耦合更为简单易操作，结构灵活多变且易封装，性能也相对较好。SPR现象的发生与入射波长和填充材料折射率有关，当填充材料的折射率发生改变时，共振波长r也会相应的变化，损耗光谱图上显示为损耗波峰位置的漂移。因此PCF-SPR传感技术是通过观测损耗峰的位移变化来确定填充材料折射率变化。

发明人发现，目前在对甲烷和氢气浓度进行检测的传感器中，易受环境因素影响，检测种类单一，精确度低且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种气体传感器及仿真方法，在空气孔内壁镀上金属膜、甲烷敏感薄膜以及氢气敏感薄膜，甲烷和氢气浓度的变化会导致敏感薄膜折射率线性变化，进而导致SPR效应产生损耗峰有规律地移动，极大的提高了气体检测精度。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种气体传感器。

一种气体传感器，包括：至少一段光子固体光纤，沿光子固体光纤的轴向均匀的开有多个通孔，在预设个数的通孔孔壁上设有与纤芯基模耦合的金属膜，金属膜远离孔壁的一侧设有气体敏感薄膜。

进一步的，各个通孔沿光子固体光纤的截面圆周方向均匀排布，至少包括依次设置的第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，第一通孔和第三通孔内设有甲烷敏感薄膜，第二通孔和第三通孔内设有氢气敏感薄膜。

更进一步的，还包括第五通孔、第六通孔、第七通孔和第八通孔，第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔、第五通孔、第六通孔、第七通孔和第八通孔依次设置。

更进一步的，甲烷敏感薄膜的厚度范围为100nm～280nm。