[發(fā)明專利]一種檢測系統(tǒng)和氫氣檢測方法

有效

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• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN110967329B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設計）人: 靳偉;齊云;趙焱;鮑海泓;何海律
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

本發(fā)明屬于氣體痕量檢測技術領域，具體涉及一種氫氣檢測方法和檢測系統(tǒng)。本發(fā)明所提供的氫氣檢測方法，基于微納光纖，微納光纖包括輸入端和輸出端，包括：以泵浦光和斯托克斯光作為入射光源，將泵浦光和斯托克斯光從微納光纖的輸入端射入，泵浦光和斯托克斯光產生的倏逝場相互重合，重合的倏逝場與待測樣品中的氫氣相互作用，發(fā)生以氫氣分子的轉動拉曼躍遷為媒介的受激拉曼散射過程，部分泵浦光轉化為斯托克斯光；檢測從微納光纖的輸出端輸出的斯托克斯光的增益信號，并根據(jù)斯托克斯光的增益與氫氣濃度之間的關系換算得到待測樣本中的氫氣的濃度；其中，泵浦光與斯托克斯光的頻率差等于氫氣的轉動拉曼躍遷頻率。檢測靈敏度高，信號響應快。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體痕量檢測技術領域，具體涉及一種檢測系統(tǒng)和氫氣檢測方法。

背景技術

氫氣是重要的化工原料，也是重要的清潔能源，在一系列工業(yè)領域中得到了廣泛應用。氫氣分子非常小，在存儲與運輸過程中容易發(fā)生泄漏，當空氣中氫氣含量達到4％以上時，極可能發(fā)生強烈爆炸，故痕量氫檢測至關重要。

目前，基于光纖的痕量氫檢測的方法主要采用表面鍍有特定金屬如鈀和鉑等)的光纖，光纖表面鍍有的金屬接觸氫氣后會發(fā)生物理或者化學變化，進而對探測光的吸收度或者反射率發(fā)生變化，抑或由于反應引起的發(fā)熱或者體積變化進而使通過光纖的光程發(fā)生變化，然后通過檢測探測光的強度或者相位變化來測量氫氣濃度。但是，這類檢測方法探測靈敏度低，可重復性差，選擇性較低，信號響應慢。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種檢測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術中所存在的檢測靈敏度低、選擇性差和信號響應慢等技術問題。

為了解決上述技術問題，一方面，本發(fā)明提供了一種氫氣檢測方法，基于微納光纖，所述微納光纖包括輸入端和輸出端，包括：

以泵浦光和斯托克斯光作為入射光源，將所述泵浦光和所述斯托克斯光從所述微納光纖的輸入端射入，所述泵浦光和所述斯托克斯光產生的倏逝場相互重合，重合的倏逝場中與待測樣品中的氫氣相互作用，發(fā)生以氫氣分子的轉動拉曼躍遷為媒介的受激拉曼散射過程，使得部分所述泵浦光轉化為斯托克斯光；

檢測從所述微納光纖的輸出端輸出的所述斯托克斯光的增益信號，并根據(jù)所述斯托克斯光的增益信號與氫氣濃度之間的關系換算得到所述待測樣本中的氫氣的濃度；

其中，所述泵浦光與所述斯托克斯光的頻率差等于氫氣的轉動拉曼躍遷頻率。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明氫氣檢測方法基于微納光纖，以泵浦光和斯托克斯光作為入射光源，將泵浦光和斯托克斯光從微納光纖的輸入端射入微納光纖，所述泵浦光和所述斯托克斯光產生的倏逝場相互重合，重合的倏逝場中填充有含氫氣的待測樣品；當泵浦光和斯托克斯光的頻率差等于氫氣的轉動拉曼躍遷頻率時，在重合的倏逝場作用下，發(fā)生以氫氣分子的轉動拉曼躍遷為媒介的受激拉曼散射過程，部分泵浦光轉化為斯托克斯光，使得斯托克斯光的功率增加，斯托克斯光的功率增加程度與氫氣分子的濃度呈正比。因而，通過檢測從微納光纖輸出端射出的斯托克斯光的增益信號，可換算得到待測樣本中的氫氣的濃度。

微納光纖具有強倏逝場，可增強從微納光纖輸入端射入的泵浦光和斯托克斯光與氫氣之間的受激拉曼相互作用強度，進而提升了泵浦光向斯托克斯光以氫氣分子為媒介的受激拉曼轉化效率，從而提高氫氣檢測的靈敏度。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種檢測系統(tǒng)，包括：泵浦光發(fā)射器，斯托克斯光發(fā)射器，用于合并光束的波分復用器，微納光纖，光探測器，以及用于控制光束入射參數(shù)及記錄所述光探測器檢測數(shù)據(jù)的控制模塊；

所述泵浦光發(fā)射器和所述斯托克斯光發(fā)射器分別連接所述波分復用器的輸入端，所述波分復用器的輸出端連接所述微納光纖的輸入端，所述微納光纖的輸出端連接所述光探測器的輸入端，所述光探測器的輸出端和所述泵浦光發(fā)射器的控制端分別與所述控制模塊電氣連接；

所述微納光纖置于待測樣品收集室內。