[實用新型]一種基于光纖環形激光器的Sagnac干涉儀氫氣傳感器

有效

• 申請號: 201720355829.2
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN206832671U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 余芬;徐賁
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/25
• 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，具體涉及一種基于光纖環形激光器的Sagnac干涉儀氫氣傳感器。

背景技術

化石燃料燃燒釋放大量的CO₂破壞臭氧層使得全球氣候變暖，使用綠色新能源是一種必然趨勢。H₂作為一種綠色能源，在能源和電力行業被廣泛使用。然而氫氣在空氣中的體積濃度在4％-75％之間極易引起爆炸，因此氫氣的泄漏檢測顯得尤為重要。

近年來，光學氫氣傳感器獲得廣泛而深入的研究。基于表面等離子體共振技術的氫氣傳感器，靈敏度高，其關鍵是精確控制金屬膜的厚度(納米量級)，需要使用到昂貴的儀器設備。基于光纖布拉格光柵的氫氣傳感器，因其具有波分復用的特性而廣泛應用于氫氣濃度的分布測量，但靈敏度通常較低。雖然拋磨光柵技術可以用于增強氫氣的靈敏度，但它降低了傳感器的機械強度，讓之變得脆弱易斷。基于集成光學微結構的氫氣傳感器，具有緊湊的尺寸和高靈敏度，然而它們的制造涉及到較為復雜的過程，從而也限制了其廣泛應用。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種基于光纖環形激光器的Sagnac干涉儀氫氣傳感器，該Sagnac干涉儀由2*2單模光纖耦合器的左右各一個連接端分別與表面覆有三氧化鎢載鉑催化劑粉末的熊貓保偏光纖的兩端熔接構成，具有制備方便、結構簡單、成本低的優點。然后將該Sagnac干涉儀接入到環形激光器中，該光纖干涉儀一方面起到氫氣傳感的作用，一方面作為光學濾波器，從而使得激光器輸出激光的中心波長受氫氣濃度的調制。通過測量激光器輸出激光的中心波長即可獲得被測氫氣濃度。激光器輸出激光具有光強大、超窄線寬的特性，為其中心波長的準確確定提供了保證，故具有靈敏度高的優點。

本實用新型所采用的技術方案：一種基于光纖環形激光器的Sagnac干涉儀氫氣傳感器，包括泵浦激光器、波分復用器、摻鉺光纖、光隔離器、Sagnac干涉儀，光偏振器，1*2型光纖耦合器、光纖光譜儀，其特征在于：所述的Sagnac干涉儀由2*2單模光纖耦合器的左右各一個連接端分別與熊貓保偏光纖的兩端熔接構成，且熊貓保偏光纖的表面覆蓋了一層三氧化鎢載鉑催化劑粉末的薄膜；波分復用器的兩個端口分別與泵浦激光器以及摻鉺光纖連接，摻鉺光纖的另一端與光隔離器連接，光隔離器的另一端與Sagnac干涉儀連接，Sagnac干涉儀的另一端與光偏振器連接，光偏振器的另一端與1*2型光纖耦合器連接，1*2型光纖耦合器的另兩端分別于與光纖光譜儀和波分復用器連接。

其中，熊貓保偏光纖的長度為5～10cm，三氧化鎢載鉑催化劑粉末的厚度為10～100nm，連接光纖可采用G.652、G.653和G.655單模光纖。

本實用新型的有益效果是：

1傳感器制備過程中只需使用普通商用光纖熔接機將2*2單模光纖耦合器的左右各一個連接端與熊貓保偏光纖的兩端分別熔接，并在熊貓保偏光纖的表面涂敷三氧化鎢載鉑催化劑(Pt-loaded WO₃)粉末，具有制備方便，成本較低的優點。

2.該Sagnac干涉儀一方面起到氫氣傳感的作用，一方面作為光學濾波器，從而使得激光器輸出激光的中心波長受到氫氣濃度的調制。

3.光纖激光器輸出的激光具有光強大和超窄線寬的特性，有利于其中心波長的準確測定，即為準確測量氫氣的濃度提供了保證，具有高靈敏度的優點。

附圖說明

下面結合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。

圖1為基于光纖環形激光器的Sagnac干涉儀氫氣傳感器的應用實施示意圖；

圖2為Sagnac干涉儀氫氣傳感結構示意圖。

圖中：1.2*2單模光纖耦合器，2.表面涂敷三氧化鎢載鉑催化劑(Pt-loaded WO₃)粉末的熊貓保偏光纖，3.泵浦激光器，4.波分復用器，5.摻鉺光纖，6.光隔離器，7.光偏振器，8.1*2型光纖耦合器，9.光纖光譜儀。

具體實施方式

2*2單模光纖耦合器(1)的左右各一個連接端分別與表面涂敷三氧化鎢載鉑催化劑(Pt-loaded WO₃)粉末的熊貓保偏光纖(2)的兩端熔接，構成一個薩格納克干涉儀，如圖2；波分復用器(4)的兩個端口分別與泵浦激光器(3)以及摻鉺光纖(5)相連接；摻鉺光纖(5)的另一端與光環形器(6)相連接，光環形器(6)的另一端與2*2單模光纖耦合器(1)相連接，2*2單模光纖耦合器(1)的另一端與光偏振器(7)相連接，光偏振器(7)的另一端與1*2型光纖耦合器(8)相連接，1*2型光纖耦合器(8)的另一端分別與光纖光譜儀(9)和波分復用器(4)相連接，如圖1；然后將具有傳感作用的薩格納克干涉儀置于待測氫氣濃度的空間中進行傳感測量。氫氣在Pt-loaded WO₃粉末的催化作用下與氧氣發生反應，釋放熱量，引起熊貓保偏光纖溫度升高，進一步導致薩格納克干涉儀的中心波長發生漂移，其漂移量的大小與氫氣濃度成正相關，同時光纖激光器輸出的激光具有光強大和超窄線寬的特性，有利于其中心波長的準確測定，可準確確定待測空氣中氫氣的濃度。