CN206270245U - 一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，由白光光源，第一多模光纤，单模光纤，第二多模光纤，传感器，金膜，Ta2O5膜，Pd膜，光谱仪组成。白光光源发射波长400nm～1800nm的光束经过传输光纤进入第一多模光纤，当光继续前行至第一多模光纤和单模光纤的分界面上时，由于多模光纤和单模光纤的纤芯不匹配，有大量的光进入单模光纤的包层部分，由于单模光纤表面镀有金膜，进入包层的光将激发金的SPR效应，Ta2O5膜将SPR共振波长调谐到更高的波长，Pd膜用作于氢检测的敏感基板，光谱仪检测SPR信号的变化，实验结果是当氢气浓度从0％变化到4％时，SPR的共振波长改变了28nm，因此在实际测得的光谱中只要共振波长的改变量小于28nm氢气就不会发生爆炸。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器技术领域。
背景技术
目前，氢气作为一种新型的清洁能源已经应用在了许多领域，例如火箭推进剂和冶金还有其他各种工业进程。另一方面，由于氢气易燃易挥发的特性，使得它的存储非常困难。氢气在室温下的浓度大约为4％的时候就达到了爆炸下限，因此需要一种快速的和可靠的氢气传感器来对氢气的泄漏进行检测。
光纤传感器在爆炸性环境中具备良好的工作能力，因此，应用它作为传感设备很有前途。大多数光纤氢气传感器使用钯(Pd)作为敏感材料，因为Pd可以检测氢。当Pd吸收氢时，Pd的介电常数发生了变化，这种变化是可逆的和非线性的。表面等离子体共振(SPR)光学传感器拥有着凭高灵敏度，实时和快速检测的优势。因此，利用SPR技术进行氢检测，可以实现快速和高灵敏的氢传感器。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，通过观察光谱的共振峰处的波长改变量来实现对氢气爆炸的检测，该结构易于实现。
本实用新型通过以下技术方案实现：一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，由白光光源(1)，第一多模光纤(2)，单模光纤(3)，第二多模光纤(4)，传感器(5)，金膜(6)，Ta2O5膜(7)，Pd膜(8)，光谱仪(9)组成，其特征在于：白光光源(1)和第一多模光纤(2)左端用传输光纤相连，第一多模光纤(2)右端与单模光纤(3)左端在熔接机下熔接，单模光纤(3)右端与第二多模光纤(4)左端在熔接机下熔接，第二多模光纤(4)右端通过传输光纤与光谱仪(9)相连。
所述的第一多模光纤(2)的纤芯直径为50um，包层直径为125um。
所述的第二多模光纤(4)的纤芯直径为50um，包层直径为125um。
所述的单模光纤(3)的纤芯直径为3um，包层直径为125um，长度为15mm。
所述的传感器(5)用一个单模光纤(3)构成，表面均匀镀上金膜(6)，膜的厚度为25nm，在金膜(6)外均匀镀上Ta2O5膜(7)，膜的厚度为60nm，在Ta2O5膜(7)外均匀镀上Pd膜(8)，膜的厚度为5nm。
所述的光谱仪(9)型号为Si720。
本实用新型的工作原理是：白光光源(1)发射波长400nm～1800nm的光束经过传输光纤进入第一多模光纤(2)，当光继续前行至第一多模光纤(2)和单模光纤(3)的分界面上时，由于多模光纤和单模光纤的纤芯不匹配，有大量的光进入单模光纤的包层部分，由于单模光纤表面镀有金膜(6)，进入包层的光将激发金的SPR效应，Ta2O5膜(7)将SPR共振波长调谐到更高的波长，Pd膜(8)用作于氢检测的敏感基板，光谱仪(9)检测SPR信号的变化，实验结果是当氢气浓度从0％变化到4％时，SPR的共振波长改变了28nm，因此在实际测得的光谱中只要共振波长的改变量小于28nm氢气就不会发生爆炸。
本实用新型的有益效果是：为光纤氢气传感器提供了一种切实可行的方案，通过观察共振波长的改变量来对氢气泄漏进行预警，简单易行，方便可靠。
附图说明
图1是一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器的系统图。
图2是一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器的透射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
参见附图1，一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，由白光光源(1)，第一多模光纤(2)，单模光纤(3)，第二多模光纤(4)，传感器(5)，金膜(6)，Ta2O5膜(7)，Pd膜(8)，光谱仪(9)组成，其特征在于：白光光源(1)和第一多模光纤(2)左端用传输光纤相连，第一多模光纤(2)右端与单模光纤(3)左端在熔接机下熔接，单模光纤(3)右端与第二多模光纤(4)左端在熔接机下熔接，第二多模光纤(4)右端通过传输光纤与光谱仪(9)相连；第一多模光纤(2)的纤芯直径为50um，包层直径为125um；第二多模光纤(4)的纤芯直径为50um，包层直径为125um；单模光纤(3)的纤芯直径为3um，包层直径为125um，长度为15mm；传感器(5)用一个单模光纤(3)构成，表面均匀镀上金膜(6)，膜的厚度为25nm，在金膜(6)外均匀镀上Ta2O5膜(7)，膜的厚度为60nm，在Ta2O5膜(7)外均匀镀上Pd膜(8)，膜的厚度为5nm；光谱仪(9)型号为Si720。
本实用新型的工作原理是：白光光源(1)发射波长400nm～1800nm的光束经过传输光纤进入第一多模光纤(2)，当光继续前行至第一多模光纤(2)和单模光纤(3)的分界面上时，由于多模光纤和单模光纤的纤芯不匹配，有大量的光进入单模光纤的包层部分，由于单模光纤表面镀有金膜(6)，进入包层的光将激发金的SPR效应，Ta2O5膜(7)将SPR共振波长调谐到更高的波长，Pd膜(8)用作于氢检测的敏感基板，光谱仪(9)检测SPR信号的变化，实验结果是当氢气浓度从0％变化到4％时，SPR的共振波长改变了28nm，因此在实际测得的光谱中只要共振波长的改变量小于28nm氢气就不会发生爆炸。
Claims (6)
1.一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，由白光光源(1)，第一多模光纤(2)，单模光纤(3)，第二多模光纤(4)，传感器(5)，金膜(6)，Ta2O5膜(7)，Pd膜(8)，光谱仪(9)组成，其特征在于：白光光源(1)和第一多模光纤(2)左端用传输光纤相连，第一多模光纤(2)右端与单模光纤(3)左端在熔接机下熔接，单模光纤(3)右端与第二多模光纤(4)左端在熔接机下熔接，第二多模光纤(4)右端通过传输光纤与光谱仪(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，其特征在于：所述的第一多模光纤(2)的纤芯直径为50um，包层直径为125um。
3.根据权利要求1所述的一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，其特征在于：所述的第二多模光纤(4)的纤芯直径为50um，包层直径为125um。
4.根据权利要求1所述的一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，其特征在于：所述的单模光纤(3)的纤芯直径为3um，包层直径为125um，长度为15mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，其特征在于：所述的传感器(5)用一个单模光纤(3)构成，表面均匀镀上金膜(6)，膜的厚度为25nm，在金膜(6)外均匀镀上Ta2O5膜(7)，膜的厚度为60nm，在Ta2O5膜(7)外均匀镀上Pd膜(8)，膜的厚度为5nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器，其特征在于：所述的光谱仪(9)型号为Si720。
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| CN201621390244.6U CN206270245U (zh) | 2016-12-14 | 2016-12-14 | 一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器 |
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Publications (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106525776A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-22 | 中国计量大学 | 一种基于纤芯不匹配光纤的表面等离子体共振氢气传感器 |
| CN108981956A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-12-11 | 东北大学 | 黄铜管封装型光纤spr温度传感器 |
| CN110220870A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-09-10 | 东北大学 | 一种基于钛酸钡的薄膜光纤spr传感器 |
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2016
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