[實用新型]一種基于游標效應的可同時測量溫度和氫氣的光纖傳感器

有效

• 申請號: 201820278540.X
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN207937363U
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 趙春柳;李翌娜;于棟友
• 申請（專利權）人: 鞍山峰瀾科技有限公司
• 主分類號: G01N21/77
• 分類號: G01N21/77;G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種基于游標效應的可同時測量溫度和氫氣的光纖傳感器，屬于光纖傳感技術領域，包括寬帶光源、單模光纖、游標傳感結構、2×1的耦合器以及光譜儀；游標傳感結構由單模光纖、空芯光纖和大模場光纖熔接而成，其中單模光纖纖芯刻有布拉格光柵，空芯光纖和大模場光纖外表面包覆三氧化鎢載鉑；空芯光纖與大模場光纖的自由光譜范圍差為0.1nm?0.5nm，布拉格光柵周期為500nm?550nm；傳感器利用游標效應提高傳感器的靈敏度，引入布拉格光柵監測環境溫度的變化，通過測量干涉波長的漂移可以實現溫度和氫氣濃度的同時測量。本實用新型具有該傳感器結構緊湊，安全可靠，靈敏度高，可同時測量溫度和氫氣濃度，制作簡單，具有很強的實用價值。

技術領域

本實用新型涉及一種基于游標效應的可同時測量溫度和氫氣的光纖傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖傳感是20世紀隨著光纖通信技術發展起來的一個研究方向。與傳統傳感技術相比，光纖傳感具有無源、抗電磁干擾、壽命長、更易組網等優點。在一些特殊應用場合，光纖傳感具有其他傳感技術暫不可替代的優勢，目前不少研究單位和企業投入了大量精力，技術層面已經較為成熟，未來還有很大的發展前景和應用空間。

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是在科學實驗以及工業生產中必須加以嚴格控制的最重要的參數之一，因此對溫度的測量特別是高溫的測量具有重要的意義。光纖溫度傳感器因其體積小，絕緣性好，不受電磁干擾等優點被廣泛應用于石油、化工、能源等領域。與傳統的溫度傳感器相比，光纖溫度傳感器具有無源、抗電磁干擾、壽命長、更易于組網通信等獨特優點。

光纖光柵是發展最為迅速的光纖無源器件之一。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內形成空間相位光柵，其作用是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡。在光纖光柵出現至今，由于研究的深入和應用的需要，各種用途的光纖光柵層出不窮，也已經被廣泛應用于各種領域。隨著技術的不斷完善，應用成果日益增多，使得光纖光柵成為目前最具代表性的無源器件之一。

氫氣作為一種高效，無污染，可持續的新能源，已經受到了廣泛的關注。氫氣可以通過電解水獲得，因此制造氫的原料很多，并在電解水產生氫氣的過程中沒有污染。此外由氫燃燒釋放的熱量高，所以氫氣在解決目前的能源危機方面發揮著重要作用。然而，由于氫的爆炸范圍很寬(4％～75％)，同時氫氣也很容易發生泄漏，甚至在空氣中爆炸。所以，目前市場對儲氫泄漏的可靠監測和準確的氫氣濃度測量(尤其是低于4％)有著巨大的需求。光纖傳感由于本質安全，無電火花等優點，在氫氣檢測方面受到了大家的廣泛關注。目前已經有很多科研團隊提出了很多不同種類的光纖傳感器，例如基于干涉儀的氫氣傳感器，基于光纖光柵的氫氣傳感器以及基于強度型氫氣傳感器。然而在有些特殊應用場合，光纖氫氣傳感器仍存在一些不足，例如靈敏度低，制作工藝復雜，傳感區域過大等。大部分氫氣傳感器容易受溫度影響導致測量結果存在誤差。為了提高對氫氣的高質量的檢測，不但需要提高氫氣傳感器的靈敏度，還應該考慮環境溫度變化對氫氣傳感的影響。

游標效應是一種常見的數學原理，它廣泛應用于測量領域。游標效應用主標尺和副標尺之間的微小的刻度差來實現刻度精細化，從而實現高分辨率的長度測量。在光學傳感領域，基于光學游標效應的高靈敏度傳感方案陸續被提出。類似游標卡尺的工作原理，將具有周期性的濾波特性的光學干涉儀級聯起來便能實現高分辨率的測量。這種測量技術廣泛應用于光學傳感。

針對上述光纖傳感器中所存在的不足，本實用新型提出了一種基于游標效應的可同時測量溫度和氫氣的光纖傳感器，這種傳感器利用游標效應，極大地提高了氫氣靈敏度，此外該傳感器結構緊湊，安全可靠，靈敏度高，可同時測量溫度和氫氣濃度，制作簡單，具有很強的實用價值。

實用新型內容

本實用新型的目的是：為了解決氫氣檢測過程中環境溫度干擾的問題，提供了一種基于游標效應的可同時測量溫度和氫氣的光纖傳感器，該光纖傳感器具有制作簡單、操作方便、靈敏度高、能同時檢測溫度和氫氣濃度等優點。

本實用新型為解決技術問題所采取的技術方案為：