CN109459425A - 一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置，包括：适配器本体、夹具、光学镜片及光纤套管，夹具上设有窗口及螺丝孔；适配器本体的侧面设有凹陷，光学镜片卡接于凹陷内，凹陷底面开设有倒T型凹槽，倒T型凹槽设有第一至四通孔；适配器本体上设有压力监测口，压力监测口与第一通孔相连通；适配器本体还设有进、出气口及光纤接入口，进、出气口分别与第二、三通孔相连通，光纤接入口与第四通孔相连通，光纤接入口设有压紧螺纹接头，光纤套管贯穿压紧螺纹接头和第四通孔。本申请光纤适配装置，不仅能够在固定光纤的同时，有效耦合激光进入光纤纤芯，还提供了气体进出光纤的通道，实现光纤内气体的快速交换，进一步提高气体检测试验的效率。

Description

一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置

技术领域

本申请涉及光纤耦合器领域技术领域，尤其涉及一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置。

背景技术

基于拉曼光谱技术的微量气体检测与分析，是利用单一波长激光同时实现混合气体的直接检测。空芯光子晶体光纤因具有特殊的光子带隙结构，可以将激光束缚在中间空芯区域传输，在应用于气体检测时，可以将气体引入或引出空芯光子晶体光纤纤芯内部，从而实现在光纤内激光与气体发生相互作用，产生拉曼散射信号。将其与拉曼光谱技术相结合，能有效提高拉曼散射光子收集效率，从而提高气体拉曼信号强度。

光纤之间一般通过光纤适配器连接。光纤适配器是光纤与光纤之间进行可拆卸连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来。目前，光纤适配器主要针对实芯光纤，起到将激光耦合进入光纤，或将一根光纤的输入激光通过光纤适配器分成几根光纤输出的作用。

上述光纤适配器只是针对实芯光纤，其虽然可以实现激光与光纤、光纤与光纤之间的高效耦合，但在应用于气体检测时，均无法实现光纤内气体的快速交换。由于空芯光子晶体光纤纤芯直径一般较小，充换气时间可长达数小时不等，从而导致气体检测试验的效率极低，因此，亟需设计一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置。

发明内容

本申请提供了一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置，以解决现有技术中由于光纤适配器无法满足光纤内气体快速交换，导致气体检测试验的效率极低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置，所述光纤适配装置包括：适配器本体、夹具、光学镜片以及光纤套管，其中：

所述夹具中心开设有窗口，边缘处设有螺丝孔，通过所述螺丝孔固定于所述适配器本体上；

与所述夹具接触的所述适配器本体的侧面上设有凹陷，所述光学镜片匹配卡接于所述凹陷内，所述凹陷底面开设有倒T型凹槽，所述倒T型凹槽的三个端部分别设有第一通孔、第二通孔及第三通孔，所述倒T型凹槽的交汇处设有第四通孔；

与所述凹陷相邻的所述适配器本体的侧面上设有压力监测口，所述压力监测口与所述第一通孔相连通，且连接于压力传感器；

与所述凹陷相对的所述适配器本体的侧面上设有进气口、出气口及光纤接入口，所述进气口与所述第二通孔相连通，且连接于进气接头，所述出气口与所述第三通孔相连通，且连接于出气接头，所述光纤接入口与所述第四通孔相连通，所述光纤接入口匹配设有压紧螺纹接头，所述压紧螺纹接头呈中空结构，所述光纤套管穿过所述压紧螺纹接头且贯穿所述第四通孔。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，靠近所述光学镜片的所述夹具的侧面上设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内设有硅胶垫。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，所述凹陷底面设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内设有O型密封圈。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，伸入所述适配器本体的所述压紧螺纹接头的一端连接有套管密封圈，所述套管密封圈呈中空圆锥形结构，所述光纤套管贯穿所述套管密封圈。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，远离所述压力传感器的所述适配器本体的一侧可拆卸连接于XYZ三轴位移平台上。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，所述适配器本体包括殷钢适配器本体。

优选的，在上述应用于光纤气体传感的光纤适配装置中，所述光纤套管包括：聚醚醚酮光纤套管。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置，该光纤适配装置包括：适配器本体、夹具、光学镜片以及光纤套管，其中：所述夹具中心开设有窗口，边缘处设有螺丝孔，通过所述螺丝孔固定于所述适配器本体上；与所述夹具接触的所述适配器本体的侧面上设有凹陷，所述光学镜片匹配卡接于所述凹陷内，所述凹陷底面开设有倒T型凹槽，所述倒T型凹槽的三个端部分别设有第一通孔、第二通孔及第三通孔，所述倒T型凹槽的交汇处设有第四通孔；与所述凹陷相邻的所述适配器本体的侧面上设有压力监测口，所述压力监测口与所述第一通孔相连通，且连接于压力传感器；与所述凹陷相对的所述适配器本体的侧面上设有进气口、出气口及光纤接入口，所述进气口与所述第二通孔相连通，且连接于进气接头，所述出气口与所述第三通孔相连通，且连接于出气接头，所述光纤接入口与所述第四通孔相连通，所述光纤接入口匹配设有压紧螺纹接头，所述压紧螺纹接头呈中空结构，所述光纤套管穿过所述压紧螺纹接头且贯穿所述第四通孔。本申请中通过倒T型凹槽的设置，在光纤适配装置中，进气口、出气口、光纤接入口以及压力监测口之间形成相连通的空间。本申请光纤适配装置在使用时，两个光纤适配装置配套使用，将两个光纤适配装置的进气接头分别通过导气管连接于承装有待测气体的气瓶上，两个出气接头通过导气管分别连接于真空泵上，将空芯光子晶体光纤的两端分别贯穿于两个光纤适配装置中的光纤套管。气体检测开始时，先关闭两个光纤适配装置的进气接头，再打开真空泵和两个出气接头，通过真空泵的工作，能够降低光纤适配装置相连通的空间中的气体压力，通过压力传感器检测到气体压力降低到合适数值时，依次关闭出气接头和真空泵，打开气瓶和进气接头，通过压力传感器实时监测封闭空间中的气体压力达到需要数值。最后将激光器发射出的激光通过夹具中的窗口对准光学镜片，通过光学镜片有效耦合激光进入空芯光子晶体光纤的纤芯。本申请中的光纤适配装置，不仅能够在固定空芯光子晶体光纤的同时，有效耦合激光进入光纤纤芯，还提供了气体进出空芯光子晶体光纤的通道，实现空芯光子晶体光纤内气体的快速交换，提高气体进出光纤内部的速率，进一步提高了气体检测试验的效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的部分基本结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的应用图；

图5为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的使用原理图；

附图标记说明：1、适配器本体；2、夹具；3、光学镜片；4、光纤套管；5、压力传感器；6、空芯光子晶体光纤；7、气瓶；8、真空泵；9、激光器；

11、凹陷；111、第二环形凹槽；112、O型密封圈；12、倒T型凹槽；121、第一通孔；122、第二通孔；123、第三通孔；124、第四通孔；13、压力监测口；14、进气口；141、进气接头；15、出气口；151、出气接头；16、光纤接入口；161、压紧螺纹接头；21、窗口；22、螺丝孔；23、第一环形凹槽；24、硅胶垫；41、套管密封圈；71、导气管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的基本结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的剖视图，图3为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的部分基本结构示意图。结合图1-3可知，本申请中的光纤适配装置包括：适配器本体1、夹具2、光学镜片3以及光纤套管4。

具体地，所述夹具2中心开设有窗口21，边缘处设有螺丝孔22，通过所述螺丝孔22固定于所述适配器本体1上。与所述夹具2接触的所述适配器本体1的侧面上设有凹陷11，所述光学镜片3匹配卡接于所述凹陷11内，所述夹具2用于将光纤适配装置中的光学镜片3进行固定。所述凹陷11底面开设有倒T型凹槽12，所述倒T型凹槽12的三个端部分别设有第一通孔121、第二通孔122及第三通孔123，所述倒T型凹槽12的交汇处设有第四通孔124。

与所述凹陷11相邻的所述适配器本体1的侧面上设有压力监测口13，所述压力监测口13与所述第一通孔121相连通，且连接于压力传感器5。与所述凹陷11相对的所述适配器本体1的侧面上设有进气口14、出气口15及光纤接入口16，所述进气口14与第二通孔122相连通，且连接于进气接头141，所述出气口15与所述第三通孔123相连通，且连接于出气接头151，所述光纤接入口16与所述第四通孔124相连通，所述光纤接入口16匹配设有压紧螺纹接头161，所述压紧螺纹接头161呈中空结构，所述光纤套管4穿过所述压紧螺纹接头161且贯穿所述第四通孔124。

本申请中通过倒T型凹槽12的设置，在光纤适配装置中，所述进气口14、出气口15、光纤接入口16以及压力监测口13之间形成相连通的空间。参见图4，本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的应用图，图5为本发明实施例提供的一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置的使用原理图。结合图4和图5，本申请光纤适配装置在使用时，两个光纤适配装置配套使用，将两个光纤适配装置的进气接头141分别通过导气管71连接于承装有待测气体的气瓶7上，两个出气接头151通过导气管71分别连接于真空泵8上，将空芯光子晶体光纤6的两端分别贯穿于两个光纤适配装置中的光纤套管4。气体检测工作开始时，先关闭两个光纤适配装置的进气接头141，再打开真空泵8和两个出气接头151，通过真空泵的工作，能够降低光纤适配装置相连通的空间中的气体压力，通过压力传感器5检测到气体压力降低到合适数值时，依次关闭出气接头151和真空泵8，打开气瓶7和进气接头141，通过压力传感器5实时监测封闭空间中的气体压力达到需要数值。最后将激光器9发射出的激光通过夹具2中的窗口21对准光学镜片3，通过光学镜片3有效耦合激光进入空芯光子晶体光纤6的纤芯。上述进气接头141和出气接头151的开关可通过安装阀门实现。本申请中的光纤适配装置，不仅能够在固定空芯光子晶体光纤的同时，有效耦合激光进入光纤纤芯，还提供了气体进出空芯光子晶体光纤的通道，实现空芯光子晶体光纤内气体的快速交换，提高气体进出光纤内部的速率，进一步提高了气体检测试验的效率。

为了进一步优化上述技术方案，靠近所述光学镜片3的所述夹具2的侧面上设有第一环形凹槽23，所述第一环形凹槽23内设有硅胶垫24。所述硅胶垫24在夹具2与光学镜片3之间提供一定的缓冲力，防止安装夹具2过紧损坏光学镜片3表面。

进一步，所述凹陷11底面设有第二环形凹槽111，所述第二环形凹槽111内设有O型密封圈112。所述O型密封圈112能够用于光学镜片3与适配器本体1之间的缓冲，同时还能够用于光学镜片3与倒T型凹槽12之间的密封。

另外，伸入所述适配器本体1的所述压紧螺纹接头161的一端连接有套管密封圈41，所述套管密封圈41呈中空圆锥形结构，所述光纤套管4贯穿所述套管密封圈41。在安装过程中，空芯光子晶体光纤6穿过光纤套管4，光纤套管4穿过压紧螺纹接头161，在空芯光子晶体光纤6和压紧螺纹接头161接触的地方套上套管密封圈41。通过不断旋转压紧螺纹接头161，将圆锥形的套管密封圈41不断挤压，此时套管密封圈41因受到均匀挤压，其中空的直径不断缩小从而挤压光纤套管4，进一步缩小光纤套管4和空芯光子晶体光纤6之间的间隙。进一步提高了空芯光子晶体光纤6、光纤套管4及压紧螺纹接头161三者之间的密封性。

本发明实施例所提供的光纤适配装置中，远离所述压力传感器5的所述适配器本体1的一侧可拆卸连接于XYZ三轴位移平台上。所述适配器本体1可以通过转接件安装在XYZ三轴位移平台上，通过精确调节X、Y、Z轴的位移，可以实现输入激光高效耦合进入空芯光子晶体光纤6的纤芯，提高耦合效率。在配套使用的两个光纤适配装置中，其中一个光纤适配装置通过转接件安装在XYZ三轴位移平台上，再将其整体固定在光学平台上，另一个光纤适配装置通过等高的转接件直接固定在光学平台上。

本申请中所述适配器本体1包括殷钢适配器本体。殷钢属于铁镍合金的一种，其中镍36％，铁63.8％，碳0.2％，这种材料热膨胀系数较小，为1.8×10-8℃，在室温-80℃—+100℃时均不发生变化，特别适合制作对温度变形有严格要求的零件。本发明所述的光纤适配装置要求其在0℃—40℃环境温度下不发生形变，保证光纤固定后位置的稳定性。另外，所述光纤套管4包括聚醚醚酮光纤套管，聚醚醚酮光纤套管机械及化学抗性优异。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，所述光纤适配装置包括：适配器本体(1)、夹具(2)、光学镜片(3)以及光纤套管(4)，其中：

所述夹具(2)中心开设有窗口(21)，边缘处设有螺丝孔(22)，通过所述螺丝孔(22)固定于所述适配器本体(1)上；

与所述夹具(2)接触的所述适配器本体(1)的侧面上设有凹陷(11)，所述光学镜片(3)匹配卡接于所述凹陷(11)内，所述凹陷(11)底面开设有倒T型凹槽(12)，所述倒T型凹槽(12)的三个端部分别设有第一通孔(121)、第二通孔(122)及第三通孔(123)，所述倒T型凹槽(12)的交汇处设有第四通孔(124)；

与所述凹陷(11)相邻的所述适配器本体(1)的侧面上设有压力监测口(13)，所述压力监测口(13)与所述第一通孔(121)相连通，且连接于压力传感器(5)；

与所述凹陷(11)相对的所述适配器本体(1)的侧面上设有进气口(14)、出气口(15)及光纤接入口(16)，所述进气口(14)与所述第二通孔(122)相连通，且连接于进气接头(141)，所述出气口(15)与所述第三通孔(123)相连通，且连接于出气接头(151)，所述光纤接入口(16)与所述第四通孔(124)相连通，所述光纤接入口(16)匹配设有压紧螺纹接头(161)，所述压紧螺纹接头(161)呈中空结构，所述光纤套管(4)穿过所述压紧螺纹接头(161)且贯穿所述第四通孔(124)。

2.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，靠近所述光学镜片(3)的所述夹具(2)的侧面上设有第一环形凹槽(23)，所述第一环形凹槽(23)内设有硅胶垫(24)。

3.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，所述凹陷(11)底面设有第二环形凹槽(111)，所述第二环形凹槽(111)内设有O型密封圈(112)。

4.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，伸入所述适配器本体(1)的所述压紧螺纹接头(161)的一端连接有套管密封圈(41)，所述套管密封圈(41)呈中空圆锥形结构，所述光纤套管(4)贯穿所述套管密封圈(41)。

5.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，远离所述压力传感器(5)的所述适配器本体(1)的一侧可拆卸连接于XYZ三轴位移平台上。

6.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，所述适配器本体(1)包括殷钢适配器本体。

7.根据权利要求1所述的应用于光纤气体传感的光纤适配装置，其特征在于，所述光纤套管(4)包括：聚醚醚酮光纤套管。