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微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查;
专利有效性	实质审查	当前状态	实质审查
申请号	CN202411410290.7	申请日	2024-10-10
公开(公告)号	CN119165578A	公开(公告)日	2024-12-20
申请人	中国南方电网有限责任公司;	申请人类型	企业
发明人	赵雅茜; 魏宇鹏; 韩胜国; 覃智贤; 董飞龙; 梁水康;	第一发明人	赵雅茜
权利人	中国南方电网有限责任公司	权利人类型	企业
当前权利人	中国南方电网有限责任公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：广东省	城市	当前专利权人所在城市：广东省广州市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：广东省广州市萝岗区科学城科翔路11号	邮编	当前专利权人邮编：510000
主IPC国际分类	G02B6/02	所有IPC国际分类	G02B6/02 ; G01N21/55
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	10	专利文献类型	A
专利代理机构	华进联合专利商标代理有限公司	专利代理人	黄西西;
摘要	本申请涉及一种微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统。所述微纳FBG串包括：串联的多个反射中心波长不同的单模FBG，用于实现物理量到光信号的转换，单模FBG包括纤芯和围绕纤芯的包层；形成于单模FBG之上的刻蚀 FBG，刻蚀FBG包括纤芯；涂敷于刻蚀FBG表面的气敏材料，气敏材料用于感知特异性气体分子，在与特异性气体分子产生相互作用的情况下，改变刻蚀FBG的反射波长；套设于单模FBG外部的管套，沿管套轴向的一侧表面设有空气槽，空气槽与刻蚀FBG正对，用于实现刻蚀FBG与外界环境间的气体交换，刻蚀FBG两端通过紫外胶固定于管套。采用本微纳FBG串能够准确获取特异性气体浓度。
权利要求	1.一种微纳FBG串，其特征在于，包括：串联的多个反射中心波长不同的单模FBG，用于实现物理量到光信号的转换，所述单模FBG包括纤芯和围绕所述纤芯的包层；形成于所述单模FBG之上的刻蚀FBG，所述刻蚀FBG包括所述纤芯；涂敷于所述刻蚀FBG表面的气敏材料，所述气敏材料用于感知特异性气体分子，在与所述特异性气体分子产生相互作用的情况下，改变所述刻蚀FBG的反射波长；套设于所述单模FBG外部的管套，沿所述管套轴向的一侧表面设有空气槽，所述空气槽与所述刻蚀FBG正对，用于实现所述刻蚀FBG与外界环境间的气体交换，所述刻蚀FBG两端通过紫外胶固定于所述管套。 2.根据权利要求1所述的微纳FBG串，其特征在于，所述微纳FBG串的截面直径处于9‑13微米范围内，所述微纳FBG串的长度处于5‑20毫米范围内；所述单模FBG的反射中心波长处于1540纳米‑1590纳米范围内，所述单模FBG的反射带宽处于0.2‑1纳米范围内。 3.根据权利要求1所述的微纳FBG串，其特征在于，各所述刻蚀FBG对应的气敏材料不同，分别用于实现所述刻蚀FBG对相应特异性气体的探测，以实现所述微纳FBG串对多种特异性气体的探测。 4.一种气体浓度探测系统，其特征在于，包括如权利要求1‑3任一项所述的微纳FBG串、光源模块和数据处理模块；所述光源模块包括光纤环形器和光电探测器，所述光纤环形器与所述微纳FBG串的一端连接，所述光源模块用于通过所述光纤环形器将光源传输至所述微纳FBG串，并接收所述微纳FBG串根据所述光源所产生的反射光；所述微纳FBG串用于探测特异性气体，在所述微纳FBG串中气敏材料与特异性气体产生相互作用的情况下，调整根据所述光源所产生的反射光的波长；所述数据处理模块与所述光电探测器连接，用于通过所述光电探测器获取所述微纳FBG串的反射光，根据所述反射光的波长确定对应的特异性气体浓度。 5.根据权利要求4所述的气体浓度探测系统，其特征在于，所述光源模块还包括窄线宽激光器和光纤耦合器；所述窄线宽激光器的数量与所述微纳FBG串中单模FBG的数量相同，各所述窄线宽激光器分别用于产生与相应单模FBG反射谱的线性区间所对应波长的光源；所述光纤耦合器分别与所述窄线宽激光器和所述光纤环形器连接，用于将所有窄线宽激光器产生的光源耦合成一路，并将耦合后的光源通过所述光纤环形器传输至所述微纳FBG串。 6.根据权利要求5所述的气体浓度探测系统，其特征在于，所述光纤环形器包括三个端口，分别为1号口、2号口和3号口；所述光纤耦合器耦合后的光源经过所述1号口射入，并经过所述2号口射出至所述微纳FBG串中；各所述单模FBG分别根据所述光源产生相应的反射光，所述反射光经过所述2号口射入，并经过所述3号口射出至所述光电探测器。 7.一种微纳FBG串的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1‑3任一项所述的微纳FBG串；所述方法包括：通过分子激光器分别对多个单模光纤进行功能化处理，得到相应的多个单模FBG；所述功能化处理包括紫外曝光处理和光栅写入处理；针对每一个单模FBG，将所述单模FBG浸入至第一浓度的氢氟酸中，形成刻蚀FBG，并根据气体探测需求，在所述刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料；所述氢氟酸用于腐蚀所述单模FBG的包层；所述气敏材料用于感知与所述气体探测需求对应的特异性气体分子；沿管套轴向切开一条侧向空气槽，将所述单模FBG通过所述空气槽放置于所述管套内，并通过紫外胶将所述刻蚀FBG的两端固定于所述管套。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体探测需求为探测硫化氢气体；所述根据气体探测需求，在所述刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料，包括：按照第一次数，执行所述刻蚀FBG的第一浸泡过程；所述第一浸泡过程包括依次将所述刻蚀FBG浸泡在PDDA溶液和PSS溶液中第一时长；在所述第一浸泡过程完成的情况下，按照第二次数，执行所述刻蚀FBG的第二浸泡过程；所述第二浸泡过程包括依次将所述刻蚀FBG浸泡在氯化铜分散液和氧化石墨烯溶液中第二时长；在所述第二浸泡过程完成的情况下，将所述刻蚀FBG放置于干燥箱内在第一温度下干燥第三时长。 9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体探测需求为探测二氧化硫气体；所述根据气体探测需求，在所述刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料，包括：将衬有PMMA和石墨烯的铜箔板放入氯化铁容易中刻蚀第四时长，并将刻蚀后的复合层材料转移至所述刻蚀FBG的表面；将所述复合层和所述刻蚀FBG共同浸泡在丙酮溶液中第五时长，并在第二温度下蒸发所述刻蚀FBG和二乙烯三胺。 10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体探测需求为探测一氧化碳气体；所述根据气体探测需求，在所述刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料，包括：将所述刻蚀FBG衬与玻璃片上并固定；按照第三次数，依次通过去离子水和乙醇对所述刻蚀FBG进行清洗；在清洗完成的情况下，按照第四次数，执行所述刻蚀FBG的滴定过程；所述滴定过程包括将预设毫升的亚硫酸钯钾溶液滴在由所述玻璃片固定的刻蚀FBG上，并在真空环境下干燥第六时长。
说明书全文	微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统技术领域 [0001] 本申请涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统。背景技术 [0002] 微纳FBG串是一种由多个光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）组成的复合结构，这种结构的独特之处在于，通过串联多个FBG光栅，每个光栅反射中心波长不同，实现了对多个气体参数的同时监测，从而为复杂环境中的气体传感提供了高效解决方案。 [0003] 然而，在实际应用中，传感器往往会面临复杂的环境条件，如温度、湿度的变化等，这些环境因素可能会对微纳FBG串的性能产生影响，导致测量的气体浓度产生误差。发明内容 [0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够准确获取特异性气体浓度的微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统。 [0005] 第一方面，本申请提供了一种微纳FBG串，包括： [0006] 串联的多个反射中心波长不同的单模FBG，用于实现物理量到光信号的转换，单模FBG包括纤芯和围绕纤芯的包层； [0007] 形成于单模FBG之上的刻蚀FBG，刻蚀FBG包括纤芯； [0008] 涂敷于刻蚀FBG表面的气敏材料，气敏材料用于感知特异性气体分子，在与特异性气体分子产生相互作用的情况下，改变刻蚀FBG的反射波长； [0009] 套设于单模FBG外部的管套，沿管套轴向的一侧表面设有空气槽，空气槽与刻蚀FBG正对，用于实现刻蚀FBG与外界环境间的气体交换，刻蚀FBG两端通过紫外胶固定于管套。 [0010] 在其中一个实施例中，微纳FBG串的截面直径处于9‑13微米范围内，微纳FBG串的长度处于5‑20毫米范围内；单模FBG的反射中心波长处于1540纳米‑1590纳米范围内，单模FBG的反射带宽处于0.2‑1纳米范围内。 [0011] 在其中一个实施例中，各刻蚀FBG对应的气敏材料不同，分别用于实现刻蚀FBG对相应特异性气体的探测，以实现微纳FBG串对多种特异性气体的探测。 [0012] 第二方面，本申请还提供了一种气体浓度探测系统，包括微纳FBG串、光源模块和数据处理模块； [0013] 光源模块包括光纤环形器和光电探测器，光纤环形器与微纳FBG串的一端连接，光源模块用于通过光纤环形器将光源传输至微纳FBG串，并接收微纳FBG串根据光源所产生的反射光； [0014] 微纳FBG串用于探测特异性气体，在微纳FBG串中气敏材料与特异性气体产生相互作用的情况下，调整根据光源所产生的反射光的波长； [0015] 数据处理模块与光电探测器连接，用于通过光电探测器获取微纳FBG串的反射光，根据反射光的波长确定对应的特异性气体浓度。 [0016] 在其中一个实施例中，光源模块还包括窄线宽激光器和光纤耦合器； [0017] 窄线宽激光器的数量与微纳FBG串中单模FBG的数量相同，各窄线宽激光器分别用于产生与相应单模FBG反射谱的线性区间所对应波长的光源； [0018] 光纤耦合器分别与窄线宽激光器和光纤环形器连接，用于将所有窄线宽激光器产生的光源耦合成一路，并将耦合后的光源通过光纤环形器传输至微纳FBG串。 [0019] 在其中一个实施例中，光纤环形器包括三个端口，分别为1号口、2号口和3号口； [0020] 光纤耦合器耦合后的光源经过1号口射入，并经过2号口射出至微纳FBG串中； [0021] 各单模FBG分别根据光源产生相应的反射光，反射光经过2号口射入，并经过3号口射出至光电探测器。 [0022] 第三方面，本申请还提供了一种微纳FBG串的制备方法，包括： [0023] 通过分子激光器分别对多个单模光纤进行功能化处理，得到相应的多个单模FBG；功能化处理包括紫外曝光处理和光栅写入处理； [0024] 针对每一个单模FBG，将单模FBG浸入至第一浓度的氢氟酸中，形成刻蚀FBG，并根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料；氢氟酸用于腐蚀单模FBG的包层；气敏材料用于感知与气体探测需求对应的特异性气体分子； [0025] 沿管套轴向切开一条侧向空气槽，将单模FBG通过空气槽放置于管套内，并通过紫外胶将刻蚀FBG的两端固定于管套。 [0026] 在其中一个实施例中，气体探测需求为探测硫化氢气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括： [0027] 按照第一次数，执行刻蚀FBG的第一浸泡过程；第一浸泡过程包括依次将刻蚀FBG浸泡在PDDA溶液和PSS溶液中第一时长； [0028] 在第一浸泡过程完成的情况下，按照第二次数，执行刻蚀FBG的第二浸泡过程；第二浸泡过程包括依次将刻蚀FBG浸泡在氯化铜分散液和氧化石墨烯溶液中第二时长； [0029] 在第二浸泡过程完成的情况下，将刻蚀FBG放置于干燥箱内在第一温度下干燥第三时长。 [0030] 在其中一个实施例中，气体探测需求为探测二氧化硫气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括： [0031] 将衬有PMMA和石墨烯的铜箔板放入氯化铁容易中刻蚀第四时长，并将刻蚀后的复合层材料转移至刻蚀FBG的表面； [0032] 将复合层和刻蚀FBG共同浸泡在丙酮溶液中第五时长，并在第二温度下蒸发刻蚀FBG和二乙烯三胺。 [0033] 在其中一个实施例中，气体探测需求为探测一氧化碳气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括： [0034] 将刻蚀FBG衬与玻璃片上并固定； [0035] 按照第三次数，依次通过去离子水和乙醇对刻蚀FBG进行清洗； [0036] 在清洗完成的情况下，按照第四次数，执行刻蚀FBG的滴定过程；滴定过程包括将预设毫升的亚硫酸钯钾溶液滴在由玻璃片固定的刻蚀FBG上，并在真空环境下干燥第六时长。 [0037] 上述微纳FBG串及其制备方法、气体浓度探测系统，通过串联多个反射中心波长不同的单模FBG，当用于气体检测时，可以从多个角度对特异性气体进行检测，通过在FBG的表面进行刻蚀处理，并精确涂敷了用于感知特异性气体分子的气敏材料，使得气敏材料能够直接与特异性气体分子相互作用，增强了FBG对特异性气体的选择性和敏感度，从而能够准确获取特异性气体浓度。另外，由于管套轴向一侧表面设有空气槽，并且空气槽与刻蚀FBG正对，可以精确控制刻蚀FBG与外界环境间的气体交换，确保特异性气体能够有效地到达刻蚀FBG表面的气敏材料处，使气敏材料可以及时感知特异性气体分子，另一方面，可以避免外界环境中过多的干扰因素影响检测的准确性。附图说明 [0038] 为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0039] 图1为一个实施例中气体浓度探测系统的结构框图； [0040] 图2为一个实施例中微纳FBG串的结构示意图； [0041] 图3为一个实施例中微纳FBG串的制备方法的流程示意图； [0042] 图4为一个实施例中微纳FBG串的反射光谱图； [0043] 图5为一个实施例中微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图； [0044] 图6为另一个实施例中微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图； [0045] 图7为另一个实施例中微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图。 [0046] 附图标记说明： [0047] 100：微纳FBG串，200：光源模块，300：数据处理模块； [0048] 110：单模FBG，120：刻蚀FBG，130：气敏材料，140：管套； [0049] 210：光纤环形器，220：光电探测器，230：窄线宽激光器，240：光纤耦合器。具体实施方式 [0050] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。 [0051] 在一个示例性的实施例中，如图1所示，提供了一种气体浓度探测系统，包括：微纳FBG串100、光源模块200和数据处理模块300。 [0052] 其中，微纳FBG串100用于探测特异性气体，在微纳FBG串100中气敏材料与特异性气体产生相互作用的情况下，调整根据光源所产生的反射光的波长。光源模块200包括光纤环形器210和光电探测器220，光纤环形器210与微纳FBG串100的一端连接，光源模块200用于通过光纤环形器210将光源传输至微纳FBG串100，并接收微纳FBG串100根据光源所产生的反射光。数据处理模块300与光电探测器220连接，用于通过光电探测器220获取微纳FBG串100的反射光，根据反射光的波长确定对应的特异性气体浓度。 [0053] 本实施例中，通过光纤环形器可以将光源准确地传输至微纳FBG串，并通过光电探测器实时获取微纳FBG串的反射光，当气敏材料与特异性气体相互作用时，反射光波长会发生改变，光电探测器可以即时检测到这种变化，从而使得数据处理模块可以根据预先建立的波长‑浓度关系，准确地计算出特异性气体的浓度，实现了特异性气体浓度的自动化检测。 [0054] 在一个示例性的实施例中，依旧如图1所示，光源模块200还包括窄线宽激光器230和光纤耦合器240。 [0055] 其中，窄线宽激光器230的数量与微纳FBG串100中单模FBG的数量相同，各窄线宽激光器230分别用于产生与相应单模FBG反射谱的线性区间所对应波长的光源。光纤耦合器240分别与窄线宽激光器230和光纤环形器210连接，用于将所有窄线宽激光器230产生的光源耦合成一路，并将耦合后的光源通过光纤环形器210传输至微纳FBG串100。 [0056] 本实施例中，由于窄线宽激光器的数量与单模FBG的数量相同，且各窄线宽激光器能产生与相应单模FBG反射谱线性区间所对应波长的光源，可以确保每个单模FBG都能接收到最适合其特性的光源波长，提高对特异性气体检测的灵敏度和准确性。另外，通过光纤耦合器将所有窄线宽激光器产生的光源耦合成一路，可以有效地对光源能量进行整合，耦合后的光源能够更集中地将能量传输到微纳FBG串中，进而提高特异性气体检测的稳定性和可靠性。 [0057] 在一个示例性的实施例中，光纤环形器240包括三个端口，分别为1号口、2号口和3号口。其中，光纤耦合器240耦合后的光源经过1号口射入，并经过2号口射出至微纳FBG串100中。各单模FBG分别根据光源产生相应的反射光，反射光经过2号口射入，并经过3号口射出至光电探测器220。 [0058] 在一个示例性的实施例中，如图2所示，提供了一种微纳FBG串100，包括：单模FBG110、刻蚀FBG120、气敏材料130和管套140。 [0059] 其中，多个反射中心波长不同的单模FBG110串联形成微纳FBG串100，单模FBG110用于实现物理量到光信号的转换，包括纤芯和围绕纤芯的包层。刻蚀FBG120形成于单模FBG110之上，包括纤芯。气敏材料130涂敷于刻蚀FBG120表面，气敏材料130用于感知特异性气体分子，在与特异性气体分子产生相互作用的情况下，改变刻蚀FBG120的反射波长。管套140套设于单模FBG110外部，沿管套140轴向的一侧表面设有空气槽，空气槽与刻蚀FBG120正对，用于实现刻蚀FBG120与外界环境间的气体交换，刻蚀FBG120两端通过紫外胶固定于管套140。 [0060] 本实施例中，通过串联多个反射中心波长不同的单模FBG，当用于气体检测时，可以从多个角度对特异性气体进行检测，通过在FBG的表面进行刻蚀处理，并精确涂敷了用于感知特异性气体分子的气敏材料，使得气敏材料能够直接与特异性气体分子相互作用，增强了FBG对特异性气体的选择性和敏感度，从而能够准确获取特异性气体浓度。另外，由于管套轴向一侧表面设有空气槽，并且空气槽与刻蚀FBG正对，可以精确控制刻蚀FBG与外界环境间的气体交换，确保特异性气体能够有效地到达刻蚀FBG表面的气敏材料处，使气敏材料可以及时感知特异性气体分子，另一方面，可以避免外界环境中过多的干扰因素影响检测的准确性。 [0061] 在一个示例性的实施例中，微纳FBG串100的截面直径处于9‑13微米范围内，微纳FBG串100的长度处于5‑20毫米范围内；单模FBG110的反射中心波长处于1540纳米‑1590纳米范围内，单模FBG110的反射带宽处于0.2‑1纳米范围内。 [0062] 在一个示例性的实施例中，各刻蚀FBG120对应的气敏材料130不同，分别用于实现刻蚀FBG120对相应特异性气体的探测，以实现微纳FBG串100对多种特异性气体的探测。 [0063] 在一个示例性的实施例中，如图3所示，提供了一种微纳FBG串的制备方法，以该方法应用于图2中的微纳FBG串100为例进行说明，包括以下步骤302至步骤306。其中： [0064] S302：通过分子激光器分别对多个单模光纤进行功能化处理，得到相应的多个单模FBG；功能化处理包括紫外曝光处理和光栅写入处理。 [0065] 可选地，在紫外曝光过程中，单模光纤中的纤芯和包层材料会对紫外光产生响应，紫外光的能量可以改变光纤内部的折射率分布。对于光纤中的纤芯部分，紫外光照射使得纤芯的折射率按照一定的规律发生周期性的变化，这种周期性的折射率变化是形成FBG的基础。同时，通过特定的光学装置将紫外光按照一定的模式写入光纤，进一步精确地控制纤芯折射率的周期性变化，从而形成具有特定反射波长的单模FBG。例如，采用248nmKrF准分子激光器对光纤进行紫外曝光和光栅写入制备FBG。 [0066] S304：针对每一个单模FBG，将单模FBG浸入至第一浓度的氢氟酸中，形成刻蚀FBG，并根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料；氢氟酸用于腐蚀单模FBG的包层；气敏材料用于感知与气体探测需求对应的特异性气体分子。 [0067] 可选地，将单模FBG浸入第一浓度的氢氟酸中，由于氢氟酸能够腐蚀单模FBG的包层，包层被腐蚀后，光纤的结构发生改变，纤芯相对更加暴露，这会影响光在光纤中的传播特性，尤其是对FBG的反射特性产生影响，刻蚀后的FBG（刻蚀FBG）具有特殊的光学性能，例如其对周围环境的敏感度可能会提高。示例性的，单模光纤芯径为9μm，将FBG浸入浓度为20%的氢氟酸中，蚀刻掉FBG的包层，腐蚀后的光纤直径为12‑13μm。 [0068] 进一步地，通过将具备特异性传感功能的气敏材料与刻蚀FBG结合可得到具备特异性气体探测功能的复合微结构。由于不同的气敏材料对不同的特异性气体分子具有选择性吸附或反应的能力，当特异性气体分子靠近气敏材料时，气敏材料与气体分子之间会发生物理吸附、化学吸附或者化学反应等相互作用，这种相互作用会导致气敏材料的某些物理性质（如折射率、体积等）发生变化，进而影响刻蚀FBG的光学特性（如反射波长）。 [0069] 示例性的，如图4所示，图4为气敏材料修饰的刻蚀FBG的透射光谱图，单模FBG刻蚀后，其包层被腐蚀，这改变了光纤的光学结构，光纤原本的光传播模式受到干扰，光在光纤中的约束条件发生变化，这种结构变化导致了除主峰之外次峰的出现。在刻蚀FBG用于气体检测时，次峰可以提供额外的检测维度，次峰的变化可以从不同的光学模式角度反映气体与气敏材料的相互作用。例如，不同的特异性气体可能对高阶模式产生不同的影响，通过观察次峰的变化可以增加对气体种类和浓度检测的准确性。 [0070] S306：沿管套轴向切开一条侧向空气槽，将单模FBG通过空气槽放置于管套内，并通过紫外胶将刻蚀FBG的两端固定于管套。 [0071] 可选地，沿管套轴向切开一条侧向空气槽并将单模FBG放置于管套内，这样的设计主要是为了在保护FBG的同时，实现FBG与外界环境的气体交换，空气槽提供了一个气体进出的通道，使得外界的特异性气体能够到达刻蚀FBG表面的气敏材料处。通过紫外胶将刻蚀FBG的两端固定于管套，紫外胶在紫外光照射下会发生固化反应，从而将刻蚀FBG牢固地固定在管套中，这种固定方式可以保证FBG在管套内的位置稳定，确保在气体探测过程中，FBG与管套以及气敏材料之间的相对位置不变，从而保证气体探测的准确性和稳定性。 [0072] 上述微纳FBG串的制备方法中，通过紫外曝光和光栅写入处理进行功能化，可以精确地控制单模FBG的反射波长，刻蚀FBG通过氢氟酸腐蚀包层后，对周围环境更加敏感，同时，通过气敏材料的涂敷可以实现对特定气体的检测，特异性气体分子与气敏材料的相互作用能够更显著地改变刻蚀FBG的反射波长，从而提高气体探测的灵敏度，通过不同的气敏材料可以针对不同的特异性气体进行选择，从而实现有选择性地检测特异性气体。 [0073] 在一个示例性的实施例中，气体探测需求为探测硫化氢气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括：按照第一次数，执行刻蚀FBG的第一浸泡过程；第一浸泡过程包括依次将刻蚀FBG浸泡在PDDA溶液和PSS溶液中第一时长；在第一浸泡过程完成的情况下，按照第二次数，执行刻蚀FBG的第二浸泡过程；第二浸泡过程包括依次将刻蚀FBG浸泡在氯化铜分散液和氧化石墨烯溶液中第二时长；在第二浸泡过程完成的情况下，将刻蚀FBG放置于干燥箱内在第一温度下干燥第三时长。 [0074] 示例性的，在制备用于探测硫化氢（H2S）气体的特异性复合结构时，采用逐层自组装方法，将FBG依次浸泡在聚二烯基二甲基氯化铵（PDDA）和聚苯乙烯磺酸盐（PSS）溶液两次，每次浸泡10分钟并用清水充分清洗，以增强FBG与材料的贴合度，其中，PDDA和PSS溶液浓度分别为1.5wt%和0.3wt%。之后，将FBG依次浸泡在氧化铜（CuO）分散液和氧化石墨烯溶液（GO）五次，每次浸泡15分钟并用清水充分清洗，两种溶液的浓度均为0.5mg/mL。最终，将FBG放入50℃的干燥箱内干燥过夜。 [0075] 示例性的，如图5所示，图5为微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图，通过这种方式制备的特异性复合结构对于H2S分子的探测更为灵敏。 [0076] 在一个示例性的实施例中，气体探测需求为探测二氧化硫气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括：将衬有PMMA和石墨烯的铜箔板放入氯化铁容易中刻蚀第四时长，并将刻蚀后的复合层材料转移至刻蚀FBG的表面；将复合层和刻蚀FBG共同浸泡在丙酮溶液中第五时长，并在第二温度下蒸发刻蚀FBG和二乙烯三胺。 [0077] 示例性的，在制备用于探测二氧化硫（SO2）气体的特异性复合结构时，采用化学沉积法，将制备的石墨烯通过湿法转移技术转移至微纳光纤光栅上。具体地，将衬有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和石墨烯的铜箔板放入氯化铁溶液中进行刻蚀，刻蚀完全后，将其转移到FBG表面。然后，将FBG浸泡在丙酮溶液中，去除PMMA层，最终获得了转移在FBG上的石墨烯样品。而后通过对二乙烯三胺进行热蒸发的方式，实现对石墨烯的气相分子掺杂，蒸发温度控制在70℃，最终得到对SO2具有特异性传感功能的复合微结构。 [0078] 示例性的，如图6所示，图6为微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图，通过这种方式制备的特异性复合结构对于SO2分子的探测更为灵敏。 [0079] 在一个示例性的实施例中，气体探测需求为探测一氧化碳气体；根据气体探测需求，在刻蚀FBG的表面涂敷对应的气敏材料的步骤，包括：将刻蚀FBG衬与玻璃片上并固定；按照第三次数，依次通过去离子水和乙醇对刻蚀FBG进行清洗；在清洗完成的情况下，按照第四次数，执行刻蚀FBG的滴定过程；滴定过程包括将预设毫升的亚硫酸钯钾溶液滴在由玻璃片固定的刻蚀FBG上，并在真空环境下干燥第六时长。 [0080] 示例性的，在制备用于探测一氧化碳（CO）气体的特异性复合结构时，将80mg的亚硫酸钯钾溶液（K2Pd(SO3)2）溶于10mL的热去离子水中制备特异性气敏材料。将FBG衬于玻璃片上并固定，用去离子水和乙醇洗涤3次，以去除杂质干扰。之后，将30μL的K2Pd(SO3)2溶液滴在由玻璃片固定的FBG上，真空干燥1小时，重复滴定4次，以获得较好的CO传感性能。 [0081] 示例性的，如图7所示，图7为微纳FBG串的中心波长随气体浓度的响应图，通过这种方式制备的特异性复合结构对于CO分子的探测更为灵敏。 [0082] 应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。 [0083] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请记载的范围。 [0084] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

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