一種基於遊標效應的級聯型fpi氫氣傳感器的製造方法
2023-05-02 09:36:36 1
一種基於遊標效應的級聯型fpi氫氣傳感器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環形器、光譜儀和級聯型法布裡?珀羅幹涉儀，其特徵在於：所述的級聯型法布裡?珀羅幹涉儀由單模光纖與空芯光子晶體光纖組成，將兩個長度近似相等的空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接，再在左端的空芯光子晶體光纖側面塗敷Pd膜，構成級聯型FPI氫氣傳感器。將該傳感器的左端與環形器的一端連接，寬帶光源、光譜儀分別與環形器的另外兩端連接。本實用新型具有製備簡單、成本低、體積小和靈敏度高的特點。
【專利說明】
一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器
技術領域
[0001]本實用新型屬於光纖傳感技術領域，具體涉及一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器。
【背景技術】
[0002]氫氣是一種重要的工業原料，在石油化工、電子工業、冶金工業、食品加工等領域有著廣泛的應用。空氣中的氫氣含量達到4%?70%，遇到明火或電火花就會發生爆炸，在生產、運輸和使用的過程中不易控制，易發生洩漏。因此，製作一種安全可靠、靈敏度高的氫氣傳感器，以利於氫氣的安全使用是非常重要的。目前，已有多種固態氫傳感器用於測量氫濃度，固態氫傳感器不但方便易用，而幾感知氫能力高，但它主要應用於較低氫濃度的探測，因為在氫濃度高的環境下，電信號有可能引起火花，從而引發爆炸。現有的探測系統是在飛行器的多個位置放聚四氟乙烯傳送管，利用光譜儀分析傳送管中的採樣氣體。這一系統不僅複雜笨重。同這些技術相比，光纖氫傳感器，具有靈敏度高、精度高、無源器件、對被測對象的幹擾小、頻帶寬、動態範圍大、耐高壓、耐腐蝕、抗電磁幹擾、體積小、重量輕、使用方便等眾多優點。因此用光纖傳感器測氫成為一種最佳的選擇。漸逝場型光纖氫傳感器這種傳感器可獨立控制傳感器的靈敏度和響應時間；但是對製造工藝要求太高，光纖拉錐、腐蝕、鍍膜等工藝都需要更多的研究，致使傳感器的製作困難。光纖布拉格光柵型氫氣傳感器此種光纖氫氣傳感器的最大的特點就是有內在的自參考能力、抗幹擾能力以及在一根光纖上實現多路復用的能力。但是，這類氫氣傳感器需要較複雜的技術。
【發明內容】
[0003]為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，其具有製備方便、結構簡單、靈敏度高等優點。
[0004]本實用新型所採用的技術方案:一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，其特徵在於:所述的傳感器由兩個空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，其中，左端的空芯光子晶體光纖的側面塗敷有Pd膜，其厚度為10-50um。
[0005]本實用新型的有益效果是:
[0006]1.傳感器製備過程中只需使用普通商用熔接機將單模光纖和空芯光子晶體光纖熔接和塗敷Pd膜等工作，具有製備方便，結構簡單的優點。
[0007]2.所述的傳感器是基於遊標效應的，因此該傳感器的靈敏度比一般的氫氣傳感器的靈敏度高。
[0008]3.所述的傳感器的工作原理是:當寬帶光源發出的光沿著單模光纖的纖芯傳輸時，由於單模光纖與空芯光子晶體光纖的折射率不匹配，因此部分光會在單模光纖與空芯光子晶體光纖的熔接面上發生反射，從而形成兩個級聯型的FPI，在其中一個空芯光子晶體光纖側面塗敷有Pd膜，記為傳感型FP幹涉儀，另一個記為參考型FP幹涉儀，它們的反射光分別在輸入的單模光纖中相遇疊加發生幹涉。側面塗敷的Pd膜吸氫後體積會發生膨脹，由於應力作用傳感型FP幹涉儀的腔長會變長，使得光程差發生改變，因此傳感型FP幹涉儀產生的幹涉譜會發生漂移，所選取的兩個空芯光子晶體光纖的長度近似相等，會產生遊標效應，所以隨著氫氣濃度的變化包絡譜會發生漂移，我們可以通過檢測包絡譜的漂移量，從而準確測量氫氣的濃度，兩個FP級聯產生的遊標效應放大FSR，因此該傳感器比一般氫氣傳感器靈敏度高。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。
[0010]圖1是本實用新型的基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器結構圖；
[0011 ]圖2是該氫氣傳感器的測試系統示意圖；
[0012]圖中:1.級聯型FP幹涉儀，2.單模光纖，3.側面塗敷Pd膜的空芯光子晶體光纖，4.寬帶光源，5.光纖環形器，6.光譜儀。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所述的基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，其製備流程為:將兩個空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，將左邊的空芯光子晶體光纖側面塗敷有Pd膜，其厚度為10-50um，兩個空芯光子晶體光纖的長度分別取9.72mm和9.38mm，從而構成級聯型FPI氫氣傳感器。將該氫氣傳感器的左端與光纖環形器一端連接，寬帶光源和光譜儀分別與光纖環形器的另外兩端連接。
[0014]如圖2所示，進行氫氣濃度檢測實驗時，將該傳感器放置在一個氣室中，當寬帶光源發出的光進入單模光纖的纖芯時，單模光纖與空芯光子晶體光纖的折射率不匹配，部分光會在單模光纖與空芯光子晶體光纖的熔接面上發生反射，另一部分光繼續傳播，從而形成兩個級聯型FP幹涉儀，將側面塗敷有Pd膜空芯光子晶體光纖記為傳感型FP幹涉儀，另一個記為參考型FP幹涉儀，它們的反射光分別在輸入的單模光纖中疊加發生幹涉。將氫氣通入氣室，Pd膜吸氫後體積會發生膨脹，由於應力作用傳感型FP幹涉儀的腔長會被拉長，光程差隨之發生改變，因此傳感型FP幹涉儀產生的幹涉譜會發生漂移，由於空芯光子晶體光纖的長度近似相等，會出現遊標效應，所以隨著氫氣濃度的變化包絡譜會發生漂移，我們可以通過檢測包絡譜的漂移量，從而準確測量氫氣的濃度，該傳感器的靈敏度比一般氫氣傳感器的靈敏度高。
【主權項】
1.一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，其特徵在於:所述的傳感器由兩個空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，在左端的空芯光子晶體光纖側面塗敷有Pd膜，從而構成級聯型的FPI氫氣傳感器;將該傳感器的左端與光纖環形器一端連接，寬帶光源和光譜儀分別與光纖環形器的另外兩端連接。2.根據權利要求1所述的一種基於遊標效應的級聯型FPI氫氣傳感器，其特徵在於:所述的兩個空芯光子晶體光纖的長度分別取9.72mm和9.38臟，？(1膜厚度為10-5011111。
【文檔編號】G01N21/17GK205691490SQ201620647095
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月21日 公開號201620647095.0, CN 201620647095, CN 205691490 U, CN 205691490U, CN-U-205691490, CN201620647095, CN201620647095.0, CN205691490 U, CN205691490U
【發明人】李萍, 徐賁
【申請人】中國計量大學