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原文传递二氧化碳光纤传感器及制备方法、双参数光纤传感器及应用方法

专利名称：	二氧化碳光纤传感器及制备方法、双参数光纤传感器及应用方法
摘要：	本发明公开了一种二氧化碳光纤传感器，用于检测恒温恒湿环境中的二氧化碳气体浓度，包括光纤，所述光纤具有包层，所述包层中心具有纤芯，所述纤芯上具有布拉格光栅区，所述布拉格光栅区对应的所述包层外周包覆有含有聚砜/聚酰亚胺复合二氧化碳敏感材料的二氧化碳敏感膜，所述包层外周除包覆有二氧化碳敏感膜以外区域包覆有涂覆层；本发明能够解决现有二氧化碳光纤传感器存在响应时间较长(约30min)、灵敏度低的技术问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	重庆理工大学
发明人：	钟年丙;宋少雄;刘慧玲;解泉华;贺媛媛;常海星;钟登杰;赵明富;汤斌;罗彬彬
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-18T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311045775.6
公开号：	CN117074339A
代理机构：	重庆博凯知识产权代理有限公司
代理人：	黄河
分类号：	G01N21/31;G01N21/01;G01D5/353;G01K11/3206;G;G01;G01N;G01D;G01K;G01N21;G01D5;G01K11;G01N21/31;G01N21/01;G01D5/353;G01K11/3206
申请人地址：	400054 重庆市巴南区李家沱红光大道69号
主权项：	1.二氧化碳光纤传感器，用于检测恒温恒湿环境中的二氧化碳气体浓度，其特征在于，包括光纤，所述光纤具有包层，所述包层中心具有纤芯，所述纤芯上具有布拉格光栅区，所述布拉格光栅区对应的所述包层外周包覆有含有聚砜/聚酰亚胺复合二氧化碳敏感材料的二氧化碳敏感膜，所述包层外周除包覆有二氧化碳敏感膜以外区域包覆有涂覆层。 2.根据权利要求1所述的二氧化碳光纤传感器，其特征在于，所述二氧化碳敏感膜覆盖区域处的包层厚度小于光纤其他区域的包层厚度。 3.根据权利要求2所述的二氧化碳光纤传感器，其特征在于，所述二氧化碳敏感膜表面还包覆有疏水透气涂层，所述疏水透气涂层为氧化硅薄膜，所述氧化硅薄膜采用浸渍提拉法涂覆于所述二氧化碳敏感膜表面。 4.二氧化碳光纤传感器的制备方法，用于制备如权利要求2所述的二氧化碳光纤传感器，其特征在于，包括以下步骤： S1.1、选取一段具有布拉格光栅的待处理光纤并进行预处理，将布拉格光栅对应的包层去除一部分，使得布拉格光栅处对应的包层厚度小于光纤其他区域的包层厚度； S1.2、二氧化碳敏感混合液将聚砜和聚酰亚胺固体溶于有机溶剂中，并搅拌均匀，制备含有聚砜/聚酰亚胺复合二氧化碳敏感材料的二氧化碳敏感混合液； S1.3、将步骤S1.2制备的二氧化碳敏感混合液涂覆于步骤S1.1中已经进行预处理的布拉格光栅对应的包层外周，然后进行干燥处理使其在包层外周形成含有聚砜/聚酰亚胺复合二氧化碳敏感材料的二氧化碳敏感膜，进而得到二氧化碳光纤传感器。 5.根据权利要求4所述的二氧化碳光纤传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1.2中，所述聚砜和聚酰亚胺的质量百分比范围是10～20％。 6.根据权利要求4所述的二氧化碳光纤传感器的制备方法，其特征在于，将步骤S1.1中已经进行预处理的光纤，将其布拉格光栅区浸泡入含有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，然后进行干燥处理。 7.根据权利要求4所述的二氧化碳光纤传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1.2中制备好的二氧化碳敏感混合液中添加聚乙二醇并进行持续搅拌，所述聚乙二醇与二氧化碳敏感混合液的质量百分比范围是0.1～0.5％。 8.根据权利要求4所述的二氧化碳光纤传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1.3中得到的二氧化碳光纤传感器的二氧化碳敏感膜表面采用浸渍提拉法涂覆一层氧化硅疏水涂层，涂覆完成后进行干燥处理，所述氧化硅疏水涂层能够阻止水分子接触二氧化碳敏感膜，同时允许二氧化碳气体分子穿过并接触二氧化碳敏感膜。 9.双参数光纤传感器，能够同时检测环境温度以及二氧化碳气体浓度，其特征在于，包括温度敏感光纤和二氧化碳敏感光纤，所述温度敏感光纤与二氧化碳敏感光纤熔融串接；所述二氧化碳敏感光纤具有第一包层，所述第一包层中心具有第一纤芯，所述第一纤芯上具有第一布拉格光栅区，所述第一布拉格光栅区对应的所述第一包层外周包覆有含有聚砜/聚酰亚胺复合二氧化碳敏感材料的二氧化碳敏感膜；所述二氧化碳敏感膜表面还包覆有氧化硅疏水透气涂层；对应于所述二氧化碳敏感光纤设置有金属封装件，所述金属封装件上开设有凹槽，所述二氧化碳敏感光纤固定于凹槽内，所述温度敏感光纤位于所述金属封装件之外；所述温度敏感光纤具有第二包层，所述第二包层外周没有包覆涂覆层，所述第二包层中心具有第二纤芯，所述第二纤芯上具有第二布拉格光栅区。 10.双参数光纤传感器的应用方法，利用如权利要求9所述的双参数光纤传感器，其特征在于，包括以下步骤： S2.1、在实验室条件下对制备的双参数光纤传感器进行标准曲线的绘制，分别得到第一布拉格光栅区的布拉格中心波长与二氧化碳气体浓度的变化关系曲线、第一布拉格光栅区的布拉格中心波长与温度的变化关系曲线以及第二布拉格光栅区的布拉格中心波长与温度的变化关系曲线； S2.2、将双参数光纤传感器安置于待测量环境中，并搭建实时在线测量系统，所述测量系统包括光源，所述光源设置于所述二氧化碳敏感光纤的一端，所述温度敏感光纤远离二氧化碳敏感光纤的一端设置有光纤布拉格光栅解调仪，所述光纤布拉格光栅解调仪的数据输出端连接有显示终端，光线经过光纤布拉格光栅解调仪的解调，将解调后的温度敏感光纤和二氧化碳敏感光纤布拉格中心波长数据信息传输到显示终端，并在显示终端上分别进行数据显示、计算处理和储存； S2.3、利用步骤S2.2中的测量系统进行实时在线测量，分别得到二氧化碳敏感光纤的第一布拉格光栅区的布拉格中心波长漂移量和温度敏感光纤的第二布拉格光栅区的布拉格中心波长漂移量，对应步骤S2.1中的各个曲线能够分别得到第一布拉格光栅区对应的温度值和二氧化碳气体浓度值，以及第二布拉格光栅区对应的温度值； S2.4、对第一布拉格光栅区测得的二氧化碳气体浓度值采用二氧化碳气体浓度修正矩阵模型修正后得到最终的二氧化碳气体浓度值，所述二氧化碳气体浓度修正矩阵模型如下：其中，ΔλB_T为温度敏感光纤中心波长，λB_S为二氧化碳敏感光纤的布拉格中心波长，KT为二氧化碳敏感光纤的温度灵敏度，KT2为温度敏感光纤的温度灵敏度，ΔT是温度值变化量，是二氧化碳气体浓度值变化量。
所属类别：	发明专利