[發明專利]一種可實現多點監測的波分復用光纖氫氣傳感系統

無效

• 申請號: 201410186564.9
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103969217A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李建中;雷江波;劉俊
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本發明涉及傳感技術及氫氣監測領域，特別是涉及一種可實現多點監測的波分復用光纖氫氣傳感系統。

背景技術

隨著現代工業的發展，氫氣作為一種重要的工業原料在電力、航天、航空、航海、化工等各部門得到了廣泛的應用，但氫氣的不確定性泄漏可能危害生命或對工業設備及所處環境造成極大的破壞，因此，如何對氫氣及其濃度進行快速精確的在線測量變得越來越重要。

在眾多領域中都需要對氫氣及其濃度進行監測，且大多處于較為復雜、危險和干擾大的環境中，在這種情況下，科學家們都認為不能采用電子式的氫氣傳感系統，因為其傳感部分為電子器件，信號傳輸載體為導線，這會導致電磁干擾和電火花，前者影響所處環境中的電子系統，后者會在包含含能材料的環境中（尤其是核電站中）引起災難性的后果。為了避免電子式氫氣傳感系統的潛在危險，國外開始重點研究光纖氫氣傳感系統，因為該類傳感系統在氫氣監測方面具有極為突出的優勢：一是安全性高，可靠性好，因為傳感部分和傳輸部分均使用光纖，其內部傳輸光信號，具有良好的電絕緣性和抗電磁干擾性，能避免產生電火花，對被測環境干擾小；二是體積小，重量輕，可以任意彎曲，柔韌性極好，可以安裝在狹小空間內，且安裝簡單，成本低；三是靈敏度高，響應時間短；四是環境適應性好，光纖材料在高溫、高壓、低溫和強腐蝕等惡劣環境下性能穩定。

進行氫氣監測的各類應用場合，均提出了對待測對象或待測區域進行大數量點數的陣列式或區域覆蓋式監測的要求，例如在上述核電站、航天/航空飛行器的發動機、潛艇燃料、電站汽輪發電機機組等領域中，均需對多個部件或在多個位置監測氫氣，但在國內外的相關研究中，目前已有的光纖氫氣傳感系統僅能在待測對象上或區域中進行單點測量，即1套光纖氫氣傳感系統僅能實現1個點的氫氣監測，更多點數的測量，需通過多套光纖傳感系統的疊加實現，隨著測量點數的增多，其整套系統的復雜度、成本和體積均大幅增加，因此難以采用常規光纖氫氣傳感系統的簡單疊加方式實現大數量點（幾點、十幾點乃至數十點）測量，從而急需研制一種能夠實現對待測對象或待測區域進行大數量點數的陣列式或區域覆蓋式氫氣監測的新型光纖氫氣傳感系統。

發明內容

本發明針對上述存在的問題，提出一種波分復用光纖氫氣傳感系統，能夠滿足對待測對象或待測區域進行大數量點數的陣列式或區域覆蓋式氫氣監測的要求。

本發明采用如下技術方案：一種可實現多點監測的波分復用光纖氫氣傳感系統，包括光源、光學強度調制器、光纖環形器、光纖傳感頭、光電探測器和信號處理單元；所述光源輸出的激光經光學強度調制器進行幅度調制，調制后的激光通過光纖環形器進入光纖傳感頭，光纖傳感頭將反射的光信號經過光纖環形器到光電探測器解析后到信號處理單元，最后輸出；所述光源為寬帶光源，所述光纖環形器與光纖傳感頭和光電探測器之間分別設置有密集波分復用器，所述兩個密集波分復用器之間的光路一一對應。

在上述技術方案中，所述密集波分復用器與光纖傳感頭之間設置有可調光纖延遲線。

在上述技術方案中，所述密集波分復用器的每一路光路分別與一個光纖傳感頭連接，且每一路光路中設置一根可調光纖延遲線。

在上述技術方案中，所述每一根可調光纖延遲線與光纖傳感頭與密集波分復用器之間分別設置有用于連接的光纖法蘭。

在上述技術方案中，所述可調光纖延遲線的長度可調。

在上述技術方案中，所述與光電探測器連接的密集波分復用器的每一路光路連接一個獨立的光電探測器。

在上述技術方案中，所述光纖環形器可用光纖耦合器替換。

本發明中，所述密集波分復用器為光纖通信領域的常用元器件，可有1X4（1路分為4路，后同）、1X8、1X16等多種規格，即是說一臺密集波分復用器最大可以滿足64個探測點的數據采集，且該技術為成熟技術。

本發明中，所述光纖傳感頭為單端反射式的全光纖結構，在其端面鍍有氫敏材料構成的反射膜，所述氫敏材料對氫氣較為敏感，主要包括純鈀膜、鈀銅合金膜、鈀銀合金膜和鈀金合金膜。

本發明中，所述光纖法蘭為光纖及其接頭的連接元件，為光纖通信領域的常用元器件，一般有FC、SC、LC等類型，其連接簡單可靠。

本發明中，所述信號處理單元包含模擬部分和數字部分，采用微弱信號檢測技術和特定的信號處理算法，獲得氫氣數據，并可通過輸出接口將該數據發送到顯示設備。