光譜吸收式紫外空芯光纖氣體傳感系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現代工業(yè)的發(fā)展，各種有毒有害氣體對人類的危害也越來越嚴重，并且逐漸影響了人們的日常生活。近來廣受大眾關注的PM2.5其主要來源便是汽車尾氣、各類揮發(fā)性有機物等。利用光纖技術，開發(fā)小巧便攜、準確可靠并且能夠在線實時連續(xù)監(jiān)測的全光纖氣體檢測技術和儀器，具有十分重要的實用價值。
　　空芯光纖最初作為紅外傳能光纖提出，如今其應用波段和應用場合正在不斷拓展?？招竟饫w具有能量損傷閾值高、無端面損耗等優(yōu)勢，在激光能量傳輸、傳感應用等方面有良

2、好的發(fā)展前景。利用其中空的特點，可將其作為傳感氣室直接應用于氣體傳感系統(tǒng)中。由于鋁膜在紫外波段具有高反射特性，內表面鍍鋁的泄漏型金屬空芯光纖被研制出來，它在紫外有著較低的傳輸損耗。因此，利用鍍鋁膜金屬空芯光纖進行紫外傳感成為可能。
　　本文利用低損耗紫外空芯光纖作為氣體傳感氣室，制作了適合于系統(tǒng)傳輸的連接器，結合紫外-可見光光源和微型光譜儀，搭建了光譜吸收式紫外氣體傳感系統(tǒng)。建立了傳感系統(tǒng)氣體吸收理論模型，分析了氣室長度、空芯光纖

3、內徑、光源發(fā)散角、系統(tǒng)信噪比等因素對氣體吸收強度的影響。結果表明，實際應用中應根據目標氣體的濃度范圍，選擇合適的系統(tǒng)參數以保持濃度-吸光度曲線較好的線性度和線性動態(tài)范圍;并盡可能地提高系統(tǒng)信噪比，以提升氣體檢測精度。
　　通過理論分析和實際測量，對空芯光纖在紫外-可見光波段的傳輸特性進行了研究。討論了以一定發(fā)散角入射的高斯光束在鍍鋁空芯光纖中的損耗特性，分析了空芯光纖內部的角度能量分布。研究了系統(tǒng)光源發(fā)散角，并實際測量了不同連接器

4、出射光場的分布情況，提出了光源發(fā)散角的色散特性。分析結果表明在寬光譜系統(tǒng)中，為獲得準確的損耗特性，需根據光源發(fā)散角的色散特性對測試結果作相應的補償。討論結果為選擇合適系統(tǒng)參數、糾正系統(tǒng)誤差、提高信噪比和檢測靈敏度，提供了重要的參考依據。
　　利用1mm內徑、30 cm長的鍍鋁膜空芯光纖作為氣室，在261 nm波長帶對不同濃度甲苯氣體進行了測量，得到了線性的甲苯濃度-吸光度曲線，檢測精度可達ppm量級，靈敏度完全滿足相關環(huán)境檢測濃度