基于敏感膜折射率变化的光纤甲烷传感器

杨建春^1,2，徐龙君²，陈伟民¹

1. 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室2. 重庆大学资源及环境科学学院西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室

摘 要：根据光波导理论,分析基于敏感膜折射率变化的光纤甲烷传感原理,设计并制作含笼形分子A的聚合物敏感膜的光纤甲烷传感器,通过甲烷传感实验评价传感性能,以现场瓦斯气体样品验证其有效性。数值计算表明,当敏感膜折射率n2介于1.441～1.447时,传感器归一化光功率随n2增加呈线性快速下降,适宜制作高灵敏度折射率型光纤甲烷传感器。实验结果表明,当甲烷浓度在0～27.0%范围内,传感器信号随甲烷浓度增加呈线性增大,其斜率为0.007,该结果与数值计算结果相符;甲烷最低检出限2.80%,响应时间约180 s,且传感器对CO、CO2、H2S、O2、N2等非甲烷类气体不产生响应,选择性良好;用于现场瓦斯气体样品中的甲烷检测时,其测量结果与气相色谱法一致,相对误差1.47%。

关键词：光纤传感器;笼形分子A;甲烷气体;敏感膜;折射率;