一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置研究

《一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第32卷第4期航天返回与遥感2011年8月SPACECRAFTREC0VERY&REMOTESENSING一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置研究徐圣奇’董长哲刘伟伟母国光(1南开大学现代光学研究所，天津300071)(2jE京空间机电研究所，北京100076)摘要光谱分析技术在大气污染检测领域具有广泛的应用前景。文章从吸收光谱的测量原理出发，提出一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置实验方案，通过对不同浓度的甲醇和三氯乙烯样品进行测量，并根据3(，-标准对测量结果进行分析，发现系统对甲醇和三氯

2、乙烯的检测灵敏度可以达到ppmv量级。关键词空芯光子晶体光纤吸收光谱近红外气体检测装置中图分类号：X851文献标识码：A文章编号：1009—8518(2011)04—0001—05ResearchonaGasDetectionDeviceBasedonHollow-corePhotonicCrystalFiberXuShengqiDongChangzheLiuWeiweiMuGuoguang(1InstituteofModemOptics，NankaiUniversity，Tianjin30007

3、1，China)(2BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)AbstractSpectrumanalysistechnologyhasabroadprospectofapplicationinairpollutantmonitoringfield．Basedontheprincipleofabsorptionspectroscopy，thispaperproposedanewexperimentalschem

4、eofusinghollow—corephotoniccrystalfiberforpollutantdetectinginair．Bymeasuringtheabsorptanceofsamplegases，suchasmethanolandtrichloroethylenewithdifferentconcentrations，itisfoundthatthedetectionsensitivityofourexperimentalsetupcanachieveppmvlevelaccordi

5、ngtothe3sigmacriteria．KeywordsHollow-corephotoniccrystalfiberAbsorptionspectrumNear-infraredGasdetectiondevice1引言高品质的空气环境对人体的健康非常重要。但在一些密闭的空间内部，诸如潜艇、太空舱、地下实验室等，因为很难与外界做到良好的通风，再加上其内部的各种防腐材料和机电装置可能会缓慢释放有害气体．破坏空气环境，从而对人体的健康构成威胁。有害气体种类繁多，常见的主要包括甲醛、一氧化碳、碳氢

6、化合物、氮氧化物、硫氧化物等。在正常自然环境下，这些气体的浓度一般都很低，人体自身无法察觉到，但处于某特定环境下的长期吸入会对人体健康造成伤害。如何对这些有害气体的种类和浓度进行实时检测近年来逐渐成为科学和工程领域的一个热门课题。目前，常用的气体成分监测方法有以下几种：化学分析法、气相色谱分析法、质谱分析法和光谱分析法。化学分析法是以化学反应为基础进行物质成分分析[11，这种方法普遍存在误差较大、灵敏度不高的缺点，测收稿日期：2011—05—03基金项目：国家重大科技专项工程2航天返回与遥感201

7、1年第32卷量浓度较低的气体很难得到精确的结果。气相色谱分析法是基于不同物质在两相(固定相和流动相)中具有不同的吸附系数，当两相作相对运动时，各物质会完全分离并由检测器依次进行检测I21，这种方法应用于空气品质监测具有高效、灵敏等特点，但检测过程复杂，不便于实时监测。质谱分析法首先用电离装置把样品电离为离子，然后通过质量分析装置(质谱仪)将不同质荷比的离子分开，最后通过质谱图来实现样品的定性和定量测量[31。和色谱仪相比，质谱仪是一种灵敏度更高的仪器，但其结构复杂，对环境的温度和湿度要求很高．因此

8、也很难实现大范围的推广。和前面3种方法相比，光谱测量分析法主要是利用分子基团的特征吸收谱来对化合物的种类进行分析，该方法可以同时检测多种有害气体，很容易实现空气品质实时监测。近年来，伴随着光谱测量技术尤其是傅里叶变换红外光谱技术的发展，光谱的检测范围扩展到中红外波段，使得光谱测量分析法在大气污染检测领域具有明显的优势。由于对人体有害的气体浓度多为ppmvf体积的百万分率)量级，而对于密闭的空间内，气体流动性较差，不同的房间和不同的楼层之间空气品质差别可能会很大，这就需要我们的检测装