[實用新型]一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器

有效

• 申請號: 201520449086.6
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN204807443U
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 趙春柳;時菲菲;吳彬青
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感技術領域，特別涉及一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。

背景技術

法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perotinterferometer，簡稱FPI)早在19世紀末就已問世，但基于光纖的FPI知道20世紀80年代初才制作成功，目前已經應用于溫度、應力、電流、電壓等傳感中。光纖FPI傳感器的特點是采用單根光纖、利用多光束干涉原理來檢測被測量，避開了Michelson和Mach-Zehnde干涉傳感所需兩根光纖配對移機必須對偏振進行補償等問題。此外光纖FPI傳感器對任何導致其兩個反射距離發生變化的物理量靈敏度極高，而且傳感區域小，在很多應用中可被視為“點”測量；加之其結果簡單、體積小、復用能力強、抗干擾、重復性好等優勢，在嵌入式測量更是倍受青睞，成為實現所謂人工智能結構和材料等相關領域的研究熱點。

近年來全球變暖的趨勢日益嚴重，遏制全球變暖的趨勢已成為當今時代環保的一項重要任務，而全球變暖主要就是因為很多化石燃料燃燒釋放了大量的CO₂破壞臭氧層引起的，因此使用不排放CO₂可在生的新能源已成為一種必然趨勢。氫能源作為一種綠色能源，其燃燒產物只有水，以其分布廣泛(有水即可制氫)、可再生永不枯竭、無污染、能量密度大和應用面廣等優點越來越受到人們的青睞，具有廣闊的開發應用前景。因此，檢測氫氣的濃度和預防其泄露是至關重要的。

光纖型氫氣傳感器是將氫敏材料涂到光纖器件上，氫氣濃度變化時，氫敏材料就會發生反應從而使光纖中光信號的波長或強度發生改變，通過對光信號改變量的檢測來獲得氫氣的濃度。目前主要的光纖氫氣傳感器有四類：以光的干涉為基礎的干涉型氫氣傳感器、以光的反射為基礎的微透鏡型氫氣傳感器、以光的傳輸損耗為基礎的消逝場型氫氣傳感器、以光柵為基礎的光柵型氫氣傳感器。這些傳感器使用光作為媒介，無需加熱，因此用于檢測氫氣濃度具有很高的安全性，而且它在常溫下就有良好的敏感性，故在常溫下適用，此外光纖傳感器使用適當波長的光和光纖就可以實現遠距離監測。大都以Pd或者Pt/WO₃作為敏感材料，在測量氫氣濃度過程中，隨著氫氣與敏感膜的作用，傳感頭的環境溫度可能會變化，進而影響測量的精確度與靈敏度，如若想要消除環境溫度對測量精度和靈敏度的影響，還需用光纖光柵來再次測量，操作繁瑣，而且結構疏散；在傳感器的使用時，多次使用后，敏感膜容易脫落，不利于重復利用。

針對上述氫氣傳感器中所遇到的環境溫度對測量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復利用率差、操作繁瑣及結構疏散等缺點，本實用新型提出一種一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。本實用新型中以鍍有Pt/WO₃膜的光纖光柵微腔FPI為傳感頭，微腔加工在光纖光柵柵區中間位置，隨著氫氣濃度的變化，Pt/WO₃膜與氫氣發生反應，使膜的折射率發生變化，會改變FP腔的長度，在此結構中，特定波長的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發生改變，從而干涉波峰的位置發生變化。然而在Pt/WO₃膜與氫氣發生反應過程中，環境溫度可能會發生變化，對測量結果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測量氫氣濃度的同時可以監測環境溫度對測量結果的影響，所以能夠消除環境溫度對測量結果的影響。因此，本實用新型提出的一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器可以提高測量的精確度與靈敏度，結構緊湊，安全可靠，具有很強的實用價值。

發明內容

為了克服氫氣傳感器中所遇到的環境溫度對測量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復利用率差、操作繁瑣及結構疏散等缺點，本實用新型提出一種結構緊湊，操作簡單，可以消除環境溫度對測量結果影響的一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。

本實用新型為解決技術問題所采取的技術方案：

一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，包括：寬帶光源、單模傳輸光纖、鍍有Pt/WO₃膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭、氣室以及光譜儀。