專利名稱：遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機化合物簡稱VOC (Volatile Organic Compounds, VOC)。VOC 有許多定義，如美國環(huán)保署EPA對VOC的定義是除CO、C02、碳酸、金屬碳化物、碳酸鹽與碳酸銨以夕卜，任何參與大氣光化學反應(yīng)的碳化合物；歐共體EC在1999/13/EC中對VOC的定義是在溫 度20°C下，具有大于或者等于0. OlkPa蒸汽壓的化合物。在目前已確認的900多種室內(nèi)化學物質(zhì)和生物性物質(zhì)中，揮發(fā)性有機化合物(VOCs)至少在350種以上(>lppb)，其中20多種為致癌物或致突變物，有些長期接觸則能導致癌癥(肺癌、白血病)或?qū)е铝鳟a(chǎn)、胎兒畸形和生長發(fā)育遲緩等。故對孕婦、小孩等特殊人群影響最大。VOC廣泛存在于自然界與人類生活環(huán)境中。對于建筑行業(yè)，裝飾涂料、家具中大量存在苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性物質(zhì)；對于食品行業(yè)，食品的包裝材料中含有苯類溶劑殘留物質(zhì)，會對人體健康造成一定危害；對于能源行業(yè)，礦下作業(yè)環(huán)境中存在許多易燃易爆的揮發(fā)性物質(zhì)，對作業(yè)人員的人身安全與設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)構(gòu)成嚴重威脅；對于石油化工行業(yè)，生產(chǎn)或者儲運過程中，非甲烷總烴、二甲苯、乙醛等易燃易爆氣體也會帶來巨大安全隱患，直接排放會對大氣造成污染。VOC的傳統(tǒng)檢測方法有許多種，例如氣相色譜法，頂空攪拌棒吸附萃取法，質(zhì)譜分析法。傳統(tǒng)的VOC檢測方法存在著價格昂貴，測試流程復雜，測量環(huán)境要求較高，測量距離較短等問題。VOC的檢測儀器也有許多種，例如“電子鼻(Electronic Nose)”等。光纖傳感是由光源發(fā)出的光，經(jīng)光纖傳輸至待測區(qū)時，待測參數(shù)與進入光纖調(diào)制區(qū)的光相互作用，導致光的光學性質(zhì)(例如強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化，經(jīng)光纖傳輸至光電探測器并解調(diào)，獲得被測參數(shù)。光纖傳感具有低能耗、低損耗、抗電磁干擾、靈敏度高等優(yōu)點，在半導體、電子、化學VOC傳感設(shè)備無法測量，或者測量結(jié)果存在較大誤差的特殊環(huán)境中，光纖傳感成為潛在的替代測量手段。目前光纖傳感在VOC檢測中面臨許多問題，比如測量距離短，測量區(qū)域有限，可測VOC種類少等。VOC的遠程檢測方案需要滿足以下條件信號傳輸通道穩(wěn)定，安全，能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，工程造價低，信號傳輸過程中，檢測信號具有較小衰減以及能量損耗，滿足一定的功耗比，末端傳感器產(chǎn)生的被測信號能與傳輸信道無縫接合，降低耦合成本與接頭損耗，VOC傳感器能對不同的揮發(fā)性物質(zhì)進行辨別與測量。在光纖通信領(lǐng)域中，光時域反射儀簡稱OTDR (Optical time-domainreflectometer,0TDR)用以對被測光纖的任意特征點,進行實時在線的特征參數(shù)的測量。在光纖傳感領(lǐng)域中，結(jié)合OTDR在光纖通信中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)遠距離光纖傳感。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中VOC測量距離短，測量區(qū)域有限，可測VOC種類少的問題，本發(fā)明提供了一種遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，包括光時域反射儀、傳輸光纖和光分束器，與所述光分束器連接的多個延遲光纖，和與多個延遲光纖連接的多個VOC傳感器。進一步的，所述光時域反射儀經(jīng)參考光纖和第一連接器與所述傳輸光纖連接。進一步的，所述傳輸光纖通過第二連接器與所述光分束器連接。進一步的，所述多個延遲光纖的長度不同。 進一步的，在所述光時域反射儀的距離一光強曲線上，所述多個VOC傳感器的測量數(shù)據(jù)能在同一距離一光強曲線上顯示。進一步的，所述多個VOC傳感器的種類不同，以對不同的揮發(fā)性有機物進行測量。進一步的，所述傳輸光纖的長度在一百米至上百公里，以實現(xiàn)遠距離測量。本發(fā)明所具有的有益效果為
I、本發(fā)明利用光時域反射儀進行光信號的分析與處理，將測量距離從幾十米增加至上
百公里。2、本發(fā)明利用光分束器，將光時域反射儀的光源信號，分成多個信號并進入多個末端VOC傳感器，能夠在同一時間對不同地點的揮發(fā)性有機物進行實時連續(xù)測量。3、本發(fā)明利用光纖傳感技術(shù)，通過改變末端VOC傳感器的種類，可以對不同揮發(fā)性物質(zhì)進行測量。4、本發(fā)明利用菲涅耳反射原理，通過末端VOC傳感器與揮發(fā)性有機物相互作用所產(chǎn)生的折射率變化，導致反射光強變化，并在光時域反射儀上顯示。通過數(shù)據(jù)分析與處理，得出待測物質(zhì)的種類與濃度。5、本發(fā)明使用的VOC傳感器，是在經(jīng)垂直切割的光纖末端鍍上一層硅沸石薄膜，能夠與揮發(fā)性有機物分子相互作用，使得VOC傳感器的折射率改變，導致反射光強的變化在光時域反射儀中顯示。


圖I為本發(fā)明的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明進一步描述。如圖I所示，遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，包括光時域反射儀(OTDR)1，參考光纖2，連接器3、5，傳輸光纖4、光分束器6，延遲光纖7、9、11，VOC傳感器8、10、12。將光時域反射儀I的光源輸出端與參考光纖2連接,進行OTDR校準,根據(jù)傳輸光纖4的長度與型號進行OTDR的參數(shù)設(shè)置；將參考光纖2通過連接器3與傳輸光纖4連接；將傳輸光纖4通過連接器5與光分束器6連接；將光分束器6的輸出端與延遲光纖7、9、11連接；將延遲光纖7與VOC傳感器8連接；將延遲光纖9與VOC傳感器10連接；將延遲光纖11與VOC傳感器12連接。本發(fā)明使用的VOC傳感器，是在經(jīng)垂直切割的光纖末端鍍上一層硅沸石薄膜，能夠與揮發(fā)性有機物分子相互作用，使得VOC傳感器的折射率改變，導致反射光強的變化在光時域反射儀中顯示。所述VOC傳感器的種類可以不同，以對不同揮發(fā)性物質(zhì)進行測量。本發(fā)明裝置的工作方式為光時域反射儀I發(fā)出的光脈沖進入?yún)⒖脊饫w2，通過連接器3進入傳輸光纖4,光脈沖在進入被測環(huán)境之前,經(jīng)光分束器6將光脈沖信號分成多道光束，沿著多個延遲光纖進入對應(yīng)的多個VOC傳感器。延遲光纖的工作方式為多個延遲光纖是通過改變光纖的長度，在距離上區(qū)分多個VOC傳感器。延遲光纖長度不同，在光時域反射儀的距離一光強曲線上，使得多個VOC傳感器的測量數(shù)據(jù)能在同一曲線上顯示。VOC傳感器的工作方式為延遲光纖與VOC傳感器連接，根據(jù)不同的揮發(fā)性物質(zhì)，選擇不同的VOC傳感器。
該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測的關(guān)鍵技術(shù)為光時域反射儀能夠在遠距離對各點光強進行實時連續(xù)檢測，利用延遲光纖將各監(jiān)測點在距離上進行分辨，達到多點檢測的功能；利用光分束器將光時域反射儀發(fā)射出來的脈沖信號分成多道信號并經(jīng)延遲光纖進入多個VOC傳感器；延遲光纖使多個VOC傳感器在距離上離散分布，在光時域反射儀的距離一光強曲線上同時顯示。在本發(fā)明的一個實施例中，光時域反射儀的參數(shù)設(shè)置為測試波長1550nm，折射率I. 4685，脈沖寬度50nm，測試量程5km，平均化時間I. 5min ;參考光纖為G. 652單模光纖，長度500m ;傳輸光纖為G. 652單模光纖，長度5km ;1 X 3光分束器；延遲光纖7為G. 652單模光纖，長度50m ;延遲光纖9為G. 652單模光纖，長度150m ;延遲光纖11為G. 652單模光纖，長度200m。待測區(qū)域為純氮氣箱體中含濃度為O. 10%的異丙醇的混合氣體，VOC傳感器的反射光強為-25. IdBm ;待測區(qū)域為純氮氣箱體中含濃度為O. 30%的異丙醇的混合氣體，VOC傳感器的反射光強為-26. OdBm ;待測區(qū)域為純氮氣箱體中含濃度為I. 00%的異丙醇的混合氣體，VOC傳感器的反射光強為-26. 5dBm。通過反射光強的大小，測得在純氮氣箱體中，所含異丙醇的濃度。以上所述及圖中所示的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以作出若干變型和改進，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，包括光時域反射儀(I)、傳輸光纖(4)和光分束器(6)，其特征在于還包括與所述光分束器(6)連接的多個延遲光纖(7、9、11)，和與多個延遲光纖(7、9、11)連接的多個VOC傳感器(8、10、12)。
2.如權(quán)利要求I所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于所述光時域反射儀(I)經(jīng)參考光纖(2 )和第一連接器(3 )與所述傳輸光纖(4 )連接。
3.如權(quán)利要求2所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于所述傳輸光纖(4 )通過第二連接器(5 )與所述光分束器(6 )連接。
4.如權(quán)利要求I所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于所述多個延遲光纖(7、9、11)的長度不同。
5.如權(quán)利要求4所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于在所述光時域反射儀(I)的距離一光強曲線上，所述多個VOC傳感器(8、10、12)的測量數(shù)據(jù)能在同一距離一光強曲線上顯示。
6.如權(quán)利要求4所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于所述多個VOC傳感器(8、10、12)的種類不同，以對不同的揮發(fā)性有機物進行測量。
7.如權(quán)利要求4所述的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，其特征在于所述傳輸光纖(4)的長度在一百米至上百公里，以實現(xiàn)遠距離測量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置，包括光時域反射儀、傳輸光纖和光分束器，與所述光分束器連接的多個延遲光纖，和與多個延遲光纖連接的多個VOC傳感器。本發(fā)明的遠距離揮發(fā)性有機物多點檢測傳感裝置可以實現(xiàn)遠距離對不同的揮發(fā)性有機物實現(xiàn)多點測量。
文檔編號G01N21/17GK102721646SQ201210217248
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者楊江, 趙春柳, 金尚忠 申請人:中國計量學院