CN205691490U - 一种基于游标效应的级联型fpi氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光谱仪和级联型法布里‑珀罗干涉仪，其特征在于：所述的级联型法布里‑珀罗干涉仪由单模光纤与空芯光子晶体光纤组成，将两个长度近似相等的空芯光子晶体光纤分别夹在单模光纤中间顺次熔接，再在左端的空芯光子晶体光纤侧面涂敷Pd膜，构成级联型FPI氢气传感器。将该传感器的左端与环形器的一端连接，宽带光源、光谱仪分别与环形器的另外两端连接。本实用新型具有制备简单、成本低、体积小和灵敏度高的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器。
背景技术
氢气是一种重要的工业原料，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工等领域有着广泛的应用。空气中的氢气含量达到4％～70％，遇到明火或电火花就会发生爆炸，在生产、运输和使用的过程中不易控制，易发生泄漏。因此，制作一种安全可靠、灵敏度高的氢气传感器，以利于氢气的安全使用是非常重要的。目前，已有多种固态氢传感器用于测量氢浓度，固态氢传感器不但方便易用，而几感知氢能力高，但它主要应用于较低氢浓度的探测，因为在氢浓度高的环境下，电信号有可能引起火花，从而引发爆炸。现有的探测系统是在飞行器的多个位置放聚四氟乙烯传送管，利用光谱仪分析传送管中的采样气体。这一系统不仅复杂笨重。同这些技术相比，光纤氢传感器，具有灵敏度高、精度高、无源器件、对被测对象的干扰小、频带宽、动态范围大、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小、重量轻、使用方便等众多优点。因此用光纤传感器测氢成为一种最佳的选择。渐逝场型光纤氢传感器这种传感器可独立控制传感器的灵敏度和响应时间；但是对制造工艺要求太高，光纤拉锥、腐蚀、镀膜等工艺都需要更多的研究，致使传感器的制作困难。光纤布拉格光栅型氢气传感器此种光纤氢气传感器的最大的特点就是有内在的自参考能力、抗干扰能力以及在一根光纤上实现多路复用的能力。但是，这类氢气传感器需要较复杂的技术。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，其具有制备方便、结构简单、灵敏度高等优点。
本实用新型所采用的技术方案：一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，其特征在于：所述的传感器由两个空芯光子晶体光纤分别夹在单模光纤中间顺次熔接而成，其中，左端的空芯光子晶体光纤的侧面涂敷有Pd膜，其厚度为10-50um。
本实用新型的有益效果是：
1.传感器制备过程中只需使用普通商用熔接机将单模光纤和空芯光子晶体光纤熔接和涂敷Pd膜等工作，具有制备方便，结构简单的优点。
2.所述的传感器是基于游标效应的，因此该传感器的灵敏度比一般的氢气传感器的灵敏度高。
3.所述的传感器的工作原理是：当宽带光源发出的光沿着单模光纤的纤芯传输时，由于单模光纤与空芯光子晶体光纤的折射率不匹配，因此部分光会在单模光纤与空芯光子晶体光纤的熔接面上发生反射，从而形成两个级联型的FPI，在其中一个空芯光子晶体光纤侧面涂敷有Pd膜，记为传感型FP干涉仪，另一个记为参考型FP干涉仪，它们的反射光分别在输入的单模光纤中相遇叠加发生干涉。侧面涂敷的Pd膜吸氢后体积会发生膨胀，由于应力作用传感型FP干涉仪的腔长会变长，使得光程差发生改变，因此传感型FP干涉仪产生的干涉谱会发生漂移，所选取的两个空芯光子晶体光纤的长度近似相等，会产生游标效应，所以随着氢气浓度的变化包络谱会发生漂移，我们可以通过检测包络谱的漂移量，从而准确测量氢气的浓度，两个FP级联产生的游标效应放大FSR，因此该传感器比一般氢气传感器灵敏度高。
附图说明
下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的基于游标效应的级联型FPI氢气传感器结构图；
图2是该氢气传感器的测试系统示意图；
图中：1.级联型FP干涉仪，2.单模光纤，3.侧面涂敷Pd膜的空芯光子晶体光纤，4.宽带光源，5.光纤环形器，6.光谱仪。
具体实施方式
如图1所述的基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，其制备流程为：将两个空芯光子晶体光纤分别夹在单模光纤中间顺次熔接而成，将左边的空芯光子晶体光纤侧面涂敷有Pd膜，其厚度为10-50um，两个空芯光子晶体光纤的长度分别取9.72mm和9.38mm，从而构成级联型FPI氢气传感器。将该氢气传感器的左端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
如图2所示，进行氢气浓度检测实验时，将该传感器放置在一个气室中，当宽带光源发出的光进入单模光纤的纤芯时，单模光纤与空芯光子晶体光纤的折射率不匹配，部分光会在单模光纤与空芯光子晶体光纤的熔接面上发生反射，另一部分光继续传播，从而形成两个级联型FP干涉仪，将侧面涂敷有Pd膜空芯光子晶体光纤记为传感型FP干涉仪，另一个记为参考型FP干涉仪，它们的反射光分别在输入的单模光纤中叠加发生干涉。将氢气通入气室，Pd膜吸氢后体积会发生膨胀，由于应力作用传感型FP干涉仪的腔长会被拉长，光程差随之发生改变，因此传感型FP干涉仪产生的干涉谱会发生漂移，由于空芯光子晶体光纤的长度近似相等，会出现游标效应，所以随着氢气浓度的变化包络谱会发生漂移，我们可以通过检测包络谱的漂移量，从而准确测量氢气的浓度，该传感器的灵敏度比一般氢气传感器的灵敏度高。
Claims (2)
1.一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，其特征在于：所述的传感器由两个空芯光子晶体光纤分别夹在单模光纤中间顺次熔接而成，在左端的空芯光子晶体光纤侧面涂敷有Pd膜，从而构成级联型的FPI氢气传感器；将该传感器的左端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于游标效应的级联型FPI氢气传感器，其特征在于：所述的两个空芯光子晶体光纤的长度分别取9.72mm和9.38mm，Pd膜厚度为10-50um。
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