有機(jī)聚合物波導(dǎo)H2S氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、硫化氫（分子式：H2S）是油氣田開采過程中常見的副產(chǎn)物之一，不僅具有強(qiáng)烈腐蝕性，而且毒性極強(qiáng)，對(duì)人員、工業(yè)設(shè)備和環(huán)境都存在巨大的危害性。因此國(guó)內(nèi)外對(duì)硫化氫氣體檢測(cè)技術(shù)開展了大量研究，其中光學(xué)式硫化氫氣體傳感器因?yàn)槠錈o源、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于易燃易爆等環(huán)境惡劣場(chǎng)合下進(jìn)行長(zhǎng)距離在線監(jiān)測(cè)，目前光學(xué)式硫化氫氣體傳感器主要有光譜吸收型、倏逝波型、熒光型等，但存在體積龐大、靈敏度低等缺點(diǎn)。
　　本文針對(duì)高靈敏度、微型化硫化氫氣

2、體傳感器技術(shù)，創(chuàng)新地將硫化氫敏有機(jī)聚合物與光波導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合，提出了一種干涉型有機(jī)聚合物光波導(dǎo)硫化氫氣體傳感方法，開展了有機(jī)聚合物材料特性分析、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作工藝、傳感特性仿真與測(cè)試等理論和實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明該方法具有體積小、響應(yīng)快、靈敏度高、易集成等特點(diǎn)。
　　本文主要工作內(nèi)容包括：
　　1、采用光波導(dǎo)有效折射率法以及變分有效折射率法理論，結(jié)合硫化氫敏有機(jī)聚合物光學(xué)特性，建立了硫化氫敏有機(jī)聚合物光波導(dǎo)設(shè)計(jì)與分析模型，

3、對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與光學(xué)傳輸特性等進(jìn)行仿真分析，獲得單模傳輸脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)，為有機(jī)聚合物脊型光波導(dǎo)制作奠定了基礎(chǔ)。
　　2、提出一種光纖 F-P腔結(jié)構(gòu)的干涉型有機(jī)聚合物硫化氫氣體傳感器。在 F-P腔中填充硫化氫敏有機(jī)聚合物材料，利用硫化氫濃度變化所引起的折射率變化實(shí)現(xiàn)其高精度干涉測(cè)量。開展了光纖 F-P腔結(jié)構(gòu)硫化氫氣體傳感器理論模型、光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理算法以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等研究，一方面驗(yàn)證了其實(shí)現(xiàn)高靈敏度硫化氫傳感的可行性。另一方面通過

4、實(shí)驗(yàn)，獲得硫化氫敏有機(jī)聚合物材料折射率變化與硫化氫濃度間的關(guān)系，為M-Z結(jié)構(gòu)干涉型有機(jī)聚合物光波導(dǎo)硫化氫傳感器的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　3、設(shè)計(jì)了M-Z結(jié)構(gòu)干涉型有機(jī)聚合物光波導(dǎo)硫化氫傳感器，完成了Y分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，M-Z波導(dǎo)干涉儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等研究，并進(jìn)行了M-Z結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物波導(dǎo)傳感器特性仿真，結(jié)合有機(jī)聚合物材料折射率與氣體濃度關(guān)系，通過模擬仿真，驗(yàn)證了M-Z結(jié)構(gòu)干涉型有機(jī)聚合物波導(dǎo)傳感器實(shí)現(xiàn)硫化氫氣體高靈敏度傳感的可行性。