[發明專利]一種光纖光柵傳感器

無效

• 申請號: 200810232237.7
• 申請日: 2008-11-12
• 公開（公告）號: CN101424628A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 杜兵
• 申請（專利權）人: 西安金和光學科技有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/75;G01B11/16;G01M3/02
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 李子安

所屬技術領域

本發明涉及一種光纖光柵傳感器，是借助光纖和光纖光柵進行探測氫氣變化的傳感器，屬于傳感技術領域。

背景技術

氫是種清潔高效的能源，目前，航天飛機主要采用氫作為燃料，汽車也正在探索利用氫作為能源。但由于氫易燃易爆，所以在使用時必須隨時探測是否有泄漏以保證安全使用。傳統的電學傳感器易產生電火花，所以基本上不適于探測氫氣，所以現在采用光纖技術進行氫氣探測是一種主要的解決方法。其基本技術手段就是將金屬把與光纖傳感器結合，利用用金屬鈀吸氫變形這一特性進行氫氣探測。由于光纖布拉格光柵具有許多其它光纖傳感器所不具備的許多優點，所以采用光纖布拉格光柵與金屬把結合是目前國內外研究的重點，也進行了一些較為成功的嘗試。但目前采用的是寬光源加精密波長解調裝置來實現，其設備復雜，維護成本高，無法滿足很多生產生活的實際需要。

發明內容

本發明的目的是制定一種使用光纖光柵(如布拉格光柵)的傳感器，以避免上述缺陷。

為此，本發明提出了一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監測氫變化的光纖光柵，其特征在于：

一該光纖光柵表面鍍有一層金屬鈀，

一光源輸出的探測光信號從光纖的稱為入射端的一端注入，探測光信號的波長不在光纖光柵的反射波長帶內，并與所述的反射波長帶有預設波長差值，

一當被監測氫變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了所述探測光信號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射，即探測光信號的一部分反射到入射端，從而探測到所述氫的變化。

本發明是探測受監測氫變化的一種光纖光柵傳感器，是在光纖光柵表面鍍有一層金屬鈀，其厚度為20-50納米，當金屬鈀吸收或釋放氫氣并使其自身發生變形時，從而使光纖光柵發生軸向應變，導致光纖光柵選擇性作用波長帶位置漂移，如果在一個鍍有一層金屬鈀光纖光柵附近的受監測的氫發生了變化，且發生的變化達到了我們關心的程度，這時光纖光柵的反射波長帶至少漂移了預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了探測光信號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射，即探測光信號的一部分反射到入射端，這說明有應力存在，從而可探測到相應氫的變化。

在實際工程中，我們常常只需要獲取一部分氫變化的數據，就可以達到我們的目標，如在一個需要防靜電的工場中的氫報警系統中，對不大于0.05％時的氫濃度我們不是迫切需要了解，我們只需設定一個監測報警濃度，如0.1％氫濃度，然后在作為傳感器的光纖上的鍍有金屬鈀的光纖光柵，測量出該光纖光柵在0.1％氫濃度時的選擇性作用波長帶并選取一個波長作為探測光信號的波長，然后根據該波長選擇光源，所述鍍有金屬鈀的光纖光柵在不大于0.05％時的氫濃度時，其選擇性作用波長帶與選定的探測光信號的波長有波長差，將該傳感器安裝在監測的地方，在通常情況下，環境氫濃度在不大于0.05％時的氫濃度時，其選擇性作用波長帶與選定的探測光信號的波長有波長差，將該傳感器安裝在監測的地方，在通常情況下，環境氫在65％RH至75％RH之間時，所以注入傳感器光纖中的探測光信號主要引起瑞利散射光信號，靈敏的探測器主要探測到十分微弱的瑞利反射光信號，只有當測量點處的氫濃度接近或達到0.1％氫濃度時，該測量點處的鍍有金屬鈀的光纖光柵選擇性作用波長帶就會漂移并與探測光信號的波長帶交叉重疊，并對探測光信號產生相當的反射，這時，探測器上會監測到明顯的光信號，從而觸發了氫報警條件，達到了監測的目的。

在實際工程條件下，僅監測氫的一個量值常常是不夠的，所以可以設置波長不同的多個探測光信號，就可以監測氫多個量值，同時就可以看出測量點氫變化的趨勢，以便更好的監測。

附圖說明：

圖1是表示一個布拉格光柵的反射光譜、一個探測光信號的光譜及兩者的關系圖；

圖2是表示有關本發明的第一實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖；

圖3是表示有關本發明的第二實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖；

圖4是表示有關本發明的第三實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖；

圖中：3，3a，3b，3n一光源，

??????????4，9a，9b一光分路器，

??????????????????5一鍍有金屬鈀的光纖光柵

??????6，6a，6b，6n一光探測器，

??????????????????7一光纖，