[發明專利]基于光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器

在審

• 申請號: 201711282232.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107817221A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 楊玉強;王永光;趙玉欣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器，其特征在于，所述氣體傳感器包括第一激光器（1）、第一隔離器（2）、耦合器（3）、Sagnac環（4）、環形器（5）、第二隔離器（6）、第二激光器（7）、濾波器（8）和光電探測器（9）；所述耦合器3的分光比為50:50；Sagnac環（4）內含有一段空芯光子晶體光纖，該空芯光纖包層內部分氣孔充酒精，使其成為雙折射光纖，纖芯內則充被測氣體；

所述第二激光器（7）的輸出波長與被測氣體的吸收譜峰重合；所述第二激光器（7）輸出的泵浦光經隔離器（2）和環形器（3）后進入Sagnac環（4），并與空芯光纖芯內的被檢測氣體相互作用，使得溫度發生變化進而改變了空芯光纖的雙折射系數；

所述第一激光器（1）的輸出波長與被測氣體的吸收譜波谷重合；所述第一激光器（1）輸出的窄帶信號光經第一隔離器（2）和耦合器（3）后進入Sagnac環（4）內，再經環形器（5），經過濾波器（8）濾掉殘余泵浦光后，由光電探測器（9）接收。

2.根據權利要求1所述的基于光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器，其特征在于，所述Sagnac環包括長度為第一預設長度的一段空芯光纖；該段空芯光纖的一端與第一單模光纖的一端相熔接，對應的熔接面稱為第一熔接面；該段空芯光纖的另一端與第二單模光纖的一端相熔接，對應的熔接面稱為第二熔接面；在所述空芯光纖的側面上距離所述第一熔接面第一距離處開有第一孔，所述第一孔是的空芯光纖內纖芯與外界連通；在所述空芯光纖的側面上距離所述第二熔接面第二距離處開有第二孔，所述第二孔是的空芯光纖內纖芯與外界連通。

3.根據權利要求1或2所述的基于光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器，其特征在于，所述第一激光器（1）和所述第二激光器（7）均為DFB激光器，其線寬為0.01pm。

4.用于檢測氣體濃度變化的方法，其特征在于，該方法利用基于光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器實現， 所述光熱光譜技術和Sagnac干涉的氣體傳感器包括第一激光器（1）、第一隔離器（2）、耦合器（3）、Sagnac環（4）、環形器（5）、第二隔離器（6）、第二激光器（7）、濾波器（8）和光電探測器（9）；其中，所述耦合器（3）的分光比為50:50；Sagnac環（4）內的空芯光子晶體光纖（HC-PCF）纖芯內充有被測氣體；其中，所述第二激光器（7）的輸出波長與被測氣體的吸收譜峰重合；所述第二激光器（7）輸出的泵浦光經隔離器（2）和環形器（3）后進入Sagnac環（4），并與空芯光纖芯內的被檢測氣體相互作用，使得溫度發生變化進而改變了空芯光纖的雙折射系數；所述第一激光器（1）的輸出波長與被測氣體的吸收譜波谷重合；所述第一激光器（1）輸出的窄帶信號光經第一隔離器（2）和耦合器（3）后進入Sagnac環（4）內，再經環形器（5），經過濾波器（8）濾掉殘余泵浦光后，由光電探測器（9）接收；

所述用于檢測氣體濃度變化的方法包括：獲得光電探測器所接收的電壓變化量，可根據下式計算空芯光纖內氣體濃度的變化量：

公式一

其中，是電壓的變化量，為泵浦光的功率，為空芯光纖的長度，為預設常數，可根據經驗值來設定。