有機聚合物波導H2S氣體傳感器關鍵技術研究.pdf

1、硫化氫（分子式：H2S）是油氣田開采過程中常見的副產物之一，不僅具有強烈腐蝕性，而且毒性極強，對人員、工業(yè)設備和環(huán)境都存在巨大的危害性。因此國內外對硫化氫氣體檢測技術開展了大量研究，其中光學式硫化氫氣體傳感器因為其無源、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點，特別適用于易燃易爆等環(huán)境惡劣場合下進行長距離在線監(jiān)測，目前光學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。
　　本文針對高靈敏度、微型化硫化氫氣

2、體傳感器技術，創(chuàng)新地將硫化氫敏有機聚合物與光波導技術相結合，提出了一種干涉型有機聚合物光波導硫化氫氣體傳感方法，開展了有機聚合物材料特性分析、波導結構設計與制作工藝、傳感特性仿真與測試等理論和實驗研究，研究結果表明該方法具有體積小、響應快、靈敏度高、易集成等特點。
　　本文主要工作內容包括：
　　1、采用光波導有效折射率法以及變分有效折射率法理論，結合硫化氫敏有機聚合物光學特性，建立了硫化氫敏有機聚合物光波導設計與分析模型，

3、對波導結構與光學傳輸特性等進行仿真分析，獲得單模傳輸脊型波導結構參數(shù)，為有機聚合物脊型光波導制作奠定了基礎。
　　2、提出一種光纖 F-P腔結構的干涉型有機聚合物硫化氫氣體傳感器。在 F-P腔中填充硫化氫敏有機聚合物材料，利用硫化氫濃度變化所引起的折射率變化實現(xiàn)其高精度干涉測量。開展了光纖 F-P腔結構硫化氫氣體傳感器理論模型、光路結構設計、信號處理算法以及實驗測試等研究，一方面驗證了其實現(xiàn)高靈敏度硫化氫傳感的可行性。另一方面通過

4、實驗，獲得硫化氫敏有機聚合物材料折射率變化與硫化氫濃度間的關系，為M-Z結構干涉型有機聚合物光波導硫化氫傳感器的研究奠定了基礎。
　　3、設計了M-Z結構干涉型有機聚合物光波導硫化氫傳感器，完成了Y分支波導結構設計，M-Z波導干涉儀結構設計等研究，并進行了M-Z結構的有機聚合物波導傳感器特性仿真，結合有機聚合物材料折射率與氣體濃度關系，通過模擬仿真，驗證了M-Z結構干涉型有機聚合物波導傳感器實現(xiàn)硫化氫氣體高靈敏度傳感的可行性。