CN205691494U - 一种基于拉锥型的mzi氢气传感器 - Google Patents
一种基于拉锥型的mzi氢气传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于拉锥型的MZI氢气传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光谱分析仪和MZ干涉仪，其特征在于：所述的MZ干涉仪由单模光纤组成，单模光纤内部含有空气腔，对其进行加热拉锥处理，在单模光纤侧面涂敷有Pd膜，从而构成MZI氢气传感器；单模光纤的另一端与光纤环形器连接，宽带光源、光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。本实用新型具有制备简单、成本低、体积小和灵敏度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于拉锥型的MZI氢气传感器。
背景技术
氢气是一种高效洁净的燃料，具有潜在的可无限循环利用的能源。同时，氢气作为新一代可再生能源，不仅清洁环保，并且具有丰富的来源。然而氢气分子的体积非常小，极易泄漏。空气中氢气浓度在4％-75％时遇到明火即可爆炸，因此在运输、储存、使用过程中，对环境氢气浓度进行实时监测是一项十分必要的安全性工作。已经研制出的基于电特性工作原理的氢气传感器，在使用的过程中易产生电火花，有引起爆炸的可能性。与传统的氢气传感器相比，光纤氢气传感器通过光信号进行检测，具有本质防爆、体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高和精度高等优点。光纤氢气传感技术就受到了广泛的关注。目前，光纤氢气传感器的类型主要有光纤干涉型、微透镜型、倏逝场型和布拉格光栅型等。消逝波型光纤氢气传感器只适合探测低浓度氢气浓度范围，表面等离子体共振型光纤氢气传感器虽然能吸收很宽的氢气浓度范围，但是其响应时间慢，不能起到报警作用。FBG氢气传感器的抗干扰能力强，因为它是基于波长调制的，从本质上排除了光强波动的影响；而且它的复用性好，便于构成光纤网络。但是，FBG氢气传感器需要较复杂的技术和昂贵的光纤器件来进行波长位移的检测，同时还需要大功率的宽带光源或波长可调谐光源，因此检测的分辨率和动态范围会受到一定限制，使用这种传感器的成本也会很高。
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拉锥型的MZI氢气传感器，将含有空气腔的单模光纤进行拉锥从而构成MZI氢气传感器，此传感器具有制备方便、结构简单、成本低和灵敏度高等优点。
本实用新型所采用的技术方案：一种基于拉锥型的MZI氢气传感器，包括宽带光源、光谱分析仪和马赫曾德干涉仪，其特征在于：所述的马赫曾德干涉仪包括单模光纤，其内部有一个空气腔，对其进行火焰加热拉锥处理，在单模光纤侧面涂敷有Pd膜，从而构成高灵敏度的MZI氢气传感器；将单模光纤的另一端与光纤环形器的一端连接，宽带光源、光谱分析仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
本实用新型的有益效果是：
1.传感器整体材料为单模光纤，且制备过程中只需使用普通商用光纤熔接机对单模光纤进行放电处理从而内部形成一个空气腔，具有制备方便、成本低、结构紧凑等优点。
2.传感器进行火焰加热拉锥处理，使得该MZI氢气传感器的灵敏度远高于一般的氢气传感器。
3.所述传感器的工作原理是：MZI是基于双光束干涉仪，激光器发出相干光，将两根长度相同的单模光纤作为MZ光纤干涉仪的两个臂，光分别两根光纤后输出的两个光束相互叠加产生干涉。
干涉级次m公式如下：
m＝ΔL/λ (1)
当外界因素引起光程差的改变，都会使m发生改变，从而引起干涉条纹的移动。因此，光束在该MZI氢气传感器传输时，纤芯中传输的光经过空气腔前壁面时被分成两路，一路继续沿着纤芯传输，另一路在包层中传播，当光经过空气腔后壁面时在纤芯中合成一束光，当Pd膜吸氢后体积膨胀空气腔腔长会拉长，从而会使得光程差发生变化引起干涉谱发生漂移，通过检测MZI谐振波长漂移量即可准确确定氢气浓度，其与一般氢气传感器相比具有灵敏度高的优点。
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MZ干涉仪结构图；
图2是MZI氢气传感器测试系统示意图；
图中：1.M-Z干涉仪，2.单模光纤，3.锥腰区域，4.空气腔，5.宽带光源，6.光谱分析仪，7.光纤环形器。
具体实施方式
基于拉锥型的MZI氢气传感实验，包括宽带光源5、光纤环形器7、光谱分析仪6和MZ干涉仪1，其特征在于：所述的拉锥型MZ干涉仪1包括单模光纤2，单模光纤内部有一个空气腔4，空气腔4下方进行火焰加热拉锥处理，在其单模光纤侧面涂敷有Pd膜；单模光纤2的另一端与光纤环形器7的一端连接，宽带光源5、光纤光谱仪6分别与光纤环形器7的另外两端连接。
当宽带光源发出的光进入马赫曾德干涉仪1时，光沿着纤芯传播时经过空气腔前壁面被分成两路，一路在包层中传输，另一路在纤芯中传输，当pd膜吸氢后体积膨胀，由于应力的作用空气腔会被拉长，从而光程差随之改变，光束经过空气腔后壁面时在纤芯中合成一束光，两个光束相互叠加产生的干涉谱发生漂移，光谱仪实时记录MZI氢气传感器的干涉谱，尤其是干涉谱中的谐振波长值。通过比对谐振波长的变化从而确定氢气浓度大小。该传感器与一般氢气传感器相比具有灵敏度高、结构简单、成本低等优点。
Claims (2)
1.一种基于拉锥型的MZI氢气传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光谱分析仪和MZI，其特征在于：所述的MZI包括单模光纤，单模光纤内部有一个空气腔，在其下方进行火焰加热拉锥处理，然后在单模光纤侧面涂敷有Pd膜，从而构成高灵敏度的MZI氢气传感器，将单模光纤的另一端与光纤环形器的一端连接，宽带光源、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所述的一种基于拉锥型的MZI氢气传感器，其特征在于：空气腔腔长约为30-40um，锥腰直径为50-60um。
Priority Applications (1)
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| CN201620648837.1U CN205691494U (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 一种基于拉锥型的mzi氢气传感器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107449471A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-08 | 中国计量大学 | 一种基于高掺锗光纤探头的磁场和温度同时测量装置 |
| CN108387173A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-10 | 南京信息工程大学 | 一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪及其制作方法 |
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2016
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| CN107449471A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-08 | 中国计量大学 | 一种基于高掺锗光纤探头的磁场和温度同时测量装置 |
| CN108387173A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-10 | 南京信息工程大学 | 一种超紧凑全光纤马赫-泽德干涉仪及其制作方法 |
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