[發明專利]一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置

有效

• 申請號: 201810522603.6
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108717042B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 楊遠洪;李慧;陸林;陳東營
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/21
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;賈玉忠

本發明公開了一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置，該裝置包括：光源、光纖偏振分束器，氫氣傳感頭，光譜分析儀、信號處理單元。氫氣傳感頭主體為一段保偏光子晶體光纖，其側面鍍鈀膜、一端與鍍有反射膜的薄無芯光纖連接，形成反射型光子晶體光纖氫氣傳感頭。光源保偏尾纖與偏振分束器入射保偏尾纖0度熔接，形成保偏光纖光路，偏振分束器輸出保偏尾纖以角度θ與氫氣傳感頭保偏光子晶體光纖熔接，由保偏光子晶體光纖端面反射的信號光經偏振分束器和保偏尾纖到達光譜分析儀，并由信號處理單元處理輸出結果。該裝置光路全部為保偏光纖，氫氣傳感頭也為全保偏反射式結構，裝置結構簡單、可靠，性能穩定，安裝方便，可實現狹小空間氫氣濃度檢測。

技術領域

本發明屬于氣體濃度檢測設備技術領域，具體涉及一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置。

背景技術

氫由于其本身的特點，如：低密度、低沸點、高還原性、高擴散系數以及較高的燃燒熱量，在能源及還原劑領域有著不可替代的作用。但是也正是由于氫的這些特點，使得其在存儲、運輸過程中極易發生泄漏，當泄漏到空氣中氫的濃度達到4％以上，空氣變得易燃，當濃度更大時，極易發生爆炸，威脅人類生命財產的安全。因此，如何實時監測環境中氫的濃度成為安全高效利用氫的重要研究課題。

由于氫氣是無色、無嗅、無味氣體，檢測其是否存在甚至其濃度都不可以再用常規的氣體檢測方法。根據氫氣傳感原理的不同，氫氣傳感器可以分為催化型、導熱系數型、電化學型、電阻型、功函數型以及光纖型。與其他類型傳感器相比較，光纖型氫氣傳感器由于光纖本身的特點具有許多獨特的優點，如體積小、質量輕、抗電磁干擾、耐高溫、高壓、腐蝕等特殊環境等。

目前典型的光纖氫氣傳感器有微透鏡型光纖氫傳感器、布拉格光柵型光纖氫傳感器、漸逝場型光纖氫傳感器和干涉型光纖氫氣傳感器，其中微透鏡光纖氫氣傳感器的傳感單元是端面鍍鈀膜的單?；蚨嗄９饫w，這就使得傳感頭的靈敏度和使用壽命有很大的限制；布拉格光柵型光纖氫傳感器的傳感單元是光柵，然而光柵本身的制作成本較高，且其也易受環境溫度的影響，這都嚴重限制了其使用效果；漸逝場型光纖氫傳感器的傳感單元是在纖芯附近形成一個漸逝場，這對制作工藝有很高的要求，不易于產品化；干涉型光纖氫氣傳感器的測量精度高，重復性好，但其易受環境溫度的影響，結構也比較復雜。

本發明提供的是一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置。采用全保偏尾纖偏振分束器實現光路起偏、檢偏和分光功能，與氫氣傳感頭連接形成全保偏反射光路；氫氣傳感頭的主體為一段側面鍍鈀膜的保偏光子晶體光纖，其一端與鍍有反射膜的薄無芯光纖連接，形成反射型光子晶體光纖氫氣傳感頭，避免了溫度等環境因素的交叉敏感。裝置結構簡單、可靠，性能穩定，安裝方便，可實現狹小空間氫氣濃度檢測。

發明內容

本發明針對已有技術的不足，提供了一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置，大大降低了系統的復雜度，提高了系統的實用性。

本發明采用的技術方案為：如圖1所示，一種全保偏反射式氫氣濃度檢測裝置，該裝置包括：光源1、光纖偏振分束器3，氫氣傳感頭6，光譜分析儀8、信號處理單元9。氫氣傳感頭6主體為一段保偏光子晶體光纖10，其一段側面鍍鈀膜11、一端與鍍有反射膜13的薄無芯光纖12連接，如圖2所示，形成反射型光子晶體光纖氫氣傳感頭。光源1保偏尾纖與偏振分束器3入射保偏尾纖0度熔接，形成保偏光纖光路2，偏振分束器3輸出保偏尾纖4以角度θ與氫氣傳感頭6保偏光子晶體光纖另一端熔接，由光纖端面反射的信號光經偏振分束器3和保偏尾纖7到達光譜分析儀8，并由信號處理單元9處理輸出結果。