一種紅外光纖油煙濃度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種紅外光纖油煙濃度傳感器，主要包括3.4μm紅外激光器、窄帶光纖、寬帶光纖、光纖連接器和光電檢測器；紅外激光通過窄帶光纖傳遞到光纖連接器的中空內(nèi)腔組成的油煙檢測通道，油煙在3.4μm處有特征吸收，透射光強(qiáng)度反映了油煙的濃度，經(jīng)光電探測器接收，CPU的數(shù)據(jù)處理，可準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲取油煙的濃度。本實(shí)用新型的紅外光纖油煙濃度傳感器，其光纖連接器不僅提供了固定光路的檢測通道，且起到連接、固定和準(zhǔn)直窄帶光纖和寬帶光纖的作用，不需要校直和聚焦透鏡，性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、更換方便；另外光纖連接器的網(wǎng)柵和光纖連接處的纖芯斷面的疏水疏油涂層能有效避免油煙的粘附，保證測量結(jié)果的可靠性、儀器性能的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種紅外光纖油煙濃度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種油煙濃度傳感器，特別涉及一種紅外光纖油煙濃度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]餐飲業(yè)在烹飪過程中產(chǎn)生大量的油煙是造成城市空氣污染的主要來源。其排放的 大氣污染物主要為氣、液和固三相組成的氣溶膠，其中含有食用油及食品在高溫下的揮發(fā) 物，食用油及食品的氧化、裂解、水解而形成的醛類、酮類、鏈烷類和鏈烯類、多環(huán)芳烴等產(chǎn) 物，成分極為復(fù)雜。油煙液固相顆粒物的粒徑一般小于10 μ m，粘著性強(qiáng)，大部分不溶于水， 極性小。隨著各研究機(jī)構(gòu)對廚房油煙研究的深入，廚房油煙對人體的危害越來越引起人們 的廣泛關(guān)注。
[0003]隨著人們生活水平的提高，物質(zhì)的豐富，餐飲行業(yè)得到了快速的發(fā)展，但隨之而來 的餐飲業(yè)油煙排放對環(huán)境造成的污染，擾民遭到的投訴也引起越來越多的關(guān)注，成為了環(huán) 境監(jiān)管的新問題，因此加強(qiáng)對餐飲業(yè)油煙排放的監(jiān)管已非常迫切。國家環(huán)境保護(hù)總局頒布 的GB1S4 83-2〇01《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（試行）》附錄A中規(guī)定的油煙采樣及分析方法為 現(xiàn)場不銹鋼金屬濾筒采樣，實(shí)驗(yàn)室紅外分光光度法分析（簡稱國標(biāo)法）。國標(biāo)法樣品需帶回 實(shí)驗(yàn)室分析，監(jiān)測周期長、費(fèi)用高、步驟繁瑣，現(xiàn)場測試條件要求高，常常是執(zhí)法人員來到現(xiàn) 場，"案發(fā)地"己經(jīng)改顏換貌難以取證了，難以滿足餐飲業(yè)油煙監(jiān)督檢查和現(xiàn)場執(zhí)法監(jiān)測的 需要。另外，由于城市餐飲店數(shù)量多、覆蓋面廣、污染源分散，難以有足夠的人力和物力實(shí)行 監(jiān)管。因此亟需實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取油煙濃度且適用于煙道惡劣環(huán)境的新型油煙監(jiān)測裝置，可方 便地將數(shù)據(jù)接入環(huán)保監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)對油煙污染快速反應(yīng)、有的放矢地進(jìn)行高效率的 監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)從人防到技防的轉(zhuǎn)變，可大大提高環(huán)保監(jiān)管的反應(yīng)速度和效率。另外，現(xiàn)有基于 煙塵監(jiān)測的各種技術(shù)和手段因無法適應(yīng)粘附性高的油煙污染，而無法適用于油煙監(jiān)測，無 法解決油煙粘附造成的測量誤差和儀器壽命短的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種能有效解決上述問題，能準(zhǔn)確在線獲取油煙濃 度、抗污染、壽命長、性能可靠、適用于煙道惡劣環(huán)境的油煙濃度傳感器。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種紅外光纖油煙濃度傳感器，由紅外激光器3、窄帶光纖1、寬帶光纖2、光纖連 接器5和光電檢測器4構(gòu)成；
[0007] 紅外激光器3通過窄帶光纖1與光纖連接器5中一端的窄帶光纖連接頭5-1連接； 光電檢測器4通過寬帶光纖2與光纖連接器5中另一端的寬帶光纖連接頭5-2連接；光纖 連接器 5由窄帶光纖連接頭5-1、寬帶光纖連接頭5-2、網(wǎng)柵5-3、油煙檢測通道5-4所構(gòu)成， 窄帶光纖連接頭 5_1與寬帶光纖連接頭5-2由網(wǎng)柵5_3連接，光纖連接器5的中空內(nèi)腔作 為油煙檢測通道5-4;
[0008] 其進(jìn)一步的方案為：所述的光纖連接器，主要包括：窄帶光纖連接頭、寬帶光纖連 接頭、網(wǎng)柵、油煙檢測通道；
[0009] 其進(jìn)一步的方案為：所述的窄帶光纖1，包括光纖包層、光纖芯層、在窄帶光纖連 接頭處的纖芯斷面上涂有疏水疏油涂層； Λ ^
[0010] 其進(jìn)一步的方案為：所述的寬帶光纖2,包括光纖包層、光纖芯層、在寬帶光纖連 接頭處的纖芯斷面上涂有疏水疏油涂層；
[0011] 其進(jìn)一步的方案為所述的網(wǎng)柵5-3,優(yōu)選為不銹鋼網(wǎng)柵；
[0012] 其進(jìn)一步的方案為：所述的網(wǎng)柵5-3,其表面涂有疏水疏油涂層；
[0013] 其進(jìn)一步的方案為：所述的紅外激光器3發(fā)射的激光波長為3. 4 μ m ;
[0014] 其進(jìn)一步的方案為：所述的疏水疏油涂層的制備工藝為：正硅酸乙酯：二甲基二 乙氧基硅烷體積比為2:1的混合溶液3mL,加入到 6〇mL無水乙醇中，攪拌均勻；然后，按二 甲基二乙氧基硅烷：含氟硅烷摩爾比為17:3加入含氟硅烷，攪拌均勻，得混合硅烷溶液；然 后將濃氨水（2 5wt%) 1· 0?1· 5mL滴加到上述混合硅烷溶液中，室溫?cái)嚢??2h，放置老 化48h ;使用前，按1:1體積比用無水乙醇稀釋，攪拌均勻，得含氟雜化Si〇2納米涂層液； 將光纖纖芯斷面或網(wǎng)柵以50mm/min的速度浸入含氟雜化Si0 2納米涂層液中，停留i5min， 然后以200mm/min的速度勻速提拉鍍膜，將制備的樣品在 5〇°C的干燥箱中干燥lh后，在 110°C下熱處理1?此，得所述的疏水疏油涂層；所述的含氟硅烷優(yōu)選為：ih，1H, 2H, 2H-全 氟癸基三甲氧基硅烷（CF3(CF2)7CH 2CH2Si (0CH3)3)或1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷 (CF3 (CF2) 7CH2CH2Si (0CH2CH3) 3)。該制備工藝我們另行申請專利。
[0015] 本實(shí)用新型的油煙濃度檢測原理為：如圖1所示，油煙組分中的多數(shù)烴在波長 3·4μπι (2930CHT1)附近具有強(qiáng)的光吸收，對應(yīng)于C-H鍵的伸縮振動(dòng)。在特征吸收波長處， 根據(jù)朗伯比爾定律，光的透射率^為：
[0016] ^exp {-kCL)
[0017] 其中々為油煙的吸收系數(shù)，c為濃度，Z為檢測光路的長度，因此可由透光率獲取 油煙濃度。紅外激光器發(fā)射的3. 4 μ m波長的激光通過窄帶光纖傳遞到光纖連接器的油煙 檢測通道，由于油煙對該波長的紅外光有特征吸收，通過油煙檢測通道后，透射進(jìn)入寬帶光 纖的光強(qiáng)度反映了油煙的濃度，該透射光通過寬帶光纖傳送到光電檢測器上，通過CPU進(jìn) 行數(shù)據(jù)分析和處理，可準(zhǔn)確獲取油煙的濃度，實(shí)現(xiàn)油煙的實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，由于采用窄帶光 纖作為發(fā)射光傳輸光纖，寬帶光纖作為接收光纖，光纖連接器的中空內(nèi)腔作為油煙檢測通 道，這樣可以接收所有的傳輸光，而不需要校直和聚焦透鏡，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于生產(chǎn)的優(yōu) 勢。
[0018] 本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型的紅外光纖油煙濃度傳感器，其中光纖連 接器的設(shè)計(jì)不僅提供了具有固定光路的檢測通道，且起到連接、固定和準(zhǔn)直窄帶和寬帶光 纖的作用，不需要校直和聚焦透鏡，無活動(dòng)件，性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、更換方便；另外網(wǎng) 柵和纖芯斷面的疏水疏油涂層能有效避免油煙的粘附，保證測量結(jié)果的可靠性、儀器性能 的穩(wěn)定性；本實(shí)用新型的紅外光纖油煙濃度傳感器，可以在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)獲取油煙濃度，能 方便地將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，接入環(huán)保監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對油煙污染快速反應(yīng)、有的放矢地進(jìn)行 髙效率的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)從人防到技防的轉(zhuǎn)變，可大大提高環(huán)保監(jiān)管的反應(yīng)速度和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為油煙透光率與波長關(guān)系圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器立體外觀圖。
[0022]圖4為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器光纖連接器立體圖。 [0023]圖5為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器光纖連接器立體圖。
[0024]圖6為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器窄帶光纖立體透視 圖。
[0025]圖7為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器寬帶光纖立體透視 圖。
[0026]圖8為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的紅外光纖油煙濃度傳感器測量流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：如圖2和圖3所 示一種紅外光纖油煙濃度傳感器，主要包括：紅外激光器3、窄帶光纖i、寬帶光纖2、光纖連 接器5和光電檢測器4 ;如圖4和圖5所示，所述的光纖連接器5,主要包括：窄帶光纖連接 頭5-1、寬帶光纖連接頭5_ 2、網(wǎng)柵5-3、油煙檢測通道5_4 ;所述的網(wǎng)柵5-3,優(yōu)選為不銹鋼 網(wǎng)柵；所述的網(wǎng)柵5-3的表面涂油疏水疏油涂層；如圖6所示，所述的窄帶光纖丨，包括光纖 包層1-1，光纖芯層1-2,在窄帶連接頭 5-1處的纖芯斷面上涂有疏水疏油涂層H ;如圖7 所示，所述的寬帶光纖2,包括光纖包層2-1，光纖芯層2-2,在寬帶連接頭5-2處的纖芯斷面 上涂有疏水疏油涂層2_3 ;如圖8所不，所述的紅外激光器3發(fā)射波長為3· 4μιη的紅外激 光，激光通過窄帶光纖1傳遞到光纖連接器5的中空內(nèi)腔組成的油煙檢測通道5_4,由于油 煙對3. 4 μ m的紅外光有特征吸收，通過油煙檢測通道后，透射進(jìn)入寬帶光纖2的光強(qiáng)度反 映了油煙的濃度，該透射光通過寬帶光纖2傳送到光電探測器4上，通過CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 和處理，可準(zhǔn)確獲取油煙的濃度，實(shí)現(xiàn)油煙的實(shí)時(shí)監(jiān)測。本實(shí)用新型的紅外光纖油煙濃度傳 感器，其中光纖連接器5的設(shè)計(jì)不僅提供了具有固定光路的檢測通道，且起到連接、固定和 準(zhǔn)直窄帶光纖1和寬帶光纖2的作用，不需要校直和聚焦透鏡，無活動(dòng)件、性能穩(wěn)定可靠、結(jié) 構(gòu)簡單、更換方便；另外網(wǎng)柵5- 3和窄帶纖芯斷面的疏水疏油涂層1-3和寬帶纖芯斷面的疏 水疏油涂層2-3能有效避免油煙的粘附，保證測量結(jié)構(gòu)的可靠性、儀器性能的穩(wěn)定性。
[0028] 本實(shí)用新型中涉及的未說明部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
[0029]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例。應(yīng)當(dāng) 指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于由紅外激光器（3)、窄帶光纖（1)、寬帶 光纖（2)、光纖連接器（5)和光電檢測器（4)構(gòu)成； 紅外激光器（3)通過窄帶光纖（1)與光纖連接器（5)中一端的窄帶光纖連接頭（5-1)連 接；光電檢測器（4)通過寬帶光纖（2)與光纖連接器（5)中另一端的寬帶光纖連接頭（5-2) 連接；光纖連接器（5)由窄帶光纖連接頭（5-1 )、寬帶光纖連接頭（5-2)、網(wǎng)柵（5-3)、油煙檢 測通道（5-4)所構(gòu)成，窄帶光纖連接頭（5-1)與寬帶光纖連接頭（5-2)由網(wǎng)柵（5-3)連接， 光纖連接器（5)的中空內(nèi)腔作為油煙檢測通道（5-4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于：所述的窄帶光纖 (1) ，包括光纖包層、光纖芯層、在窄帶光纖連接頭處的纖芯斷面上涂有疏水疏油涂層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于：所述的寬帶光纖 (2) ，包括光纖包層、光纖芯層、在寬帶光纖連接頭處的纖芯斷面上涂有疏水疏油涂層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于：所述的紅外激光器 (3) 發(fā)射的激光波長為3. 4 μ m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于：網(wǎng)柵（5-3)，選用不 銹鋼網(wǎng)柵。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光纖油煙濃度傳感器，其特征在于：網(wǎng)柵（5-3)，其表面 涂有疏水疏油涂層。
【文檔編號】G01N21/3504GK204086132SQ201420292308
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】顧文秀, 鄒路易, 楊光東, 劉世偉, 盧先領(lǐng), 徐升, 吳志江 申請人:江南大學(xué)