[實用新型]一種單纖混合氣體組分識別與濃度檢測可同時傳感裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820798780.2
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN208537410U
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海偉;薛力芳;白揚(yáng)博;楊曉蘋;苗銀萍;任廣軍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本實用新型公開了一種單纖混合氣體組分識別與濃度檢測可同時傳感裝置，包括：模場適配光纖結(jié)構(gòu)和微處理多芯光纖兩部分，利用微處理多芯光纖的纖芯的空間分布規(guī)律，通過模場適配光纖結(jié)構(gòu)縮小光纖氣體檢測裝置的體積，對多芯光纖的不同纖芯進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，分別刻寫中心波長與不同氣體吸收峰相關(guān)的微結(jié)構(gòu)光柵；在未被刻蝕的多芯光纖區(qū)域制作穿孔作為混合氣體的氣室，與模場適配光纖結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成單纖氣體組分識別與濃度檢測裝置。本實用新型降低了光纖混合氣體濃度檢測裝置的復(fù)雜度，縮小系統(tǒng)體積，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和系統(tǒng)的復(fù)用能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及光纖傳感檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種單纖混合氣體組分識別與濃度檢測可同時傳感裝置。

背景技術(shù)

光纖氣體傳感由于具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性高、便于組網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測等優(yōu)勢，而被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境治理、化工生產(chǎn)、電力電氣等行業(yè)對有毒、有害氣體的檢測。傳統(tǒng)的光纖氣體傳感系統(tǒng)偏重于單一氣體的濃度檢測，而降低系統(tǒng)的重復(fù)利用率。相較于單一氣體濃度檢測，混合氣體組分識別與濃度檢測系統(tǒng)的設(shè)計可以有效地擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，降低光纖氣體濃度檢測系統(tǒng)的使用成本。

普通光纖光柵、Sagnac濾波器和密集波分復(fù)用器等光纖器件是常用的混合氣體濃度檢測系統(tǒng)的濾波裝置。為實現(xiàn)混合氣體更多組分的識別，需要大量地使用濾波器，從而增加系統(tǒng)的體積和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。為有效地解決傳統(tǒng)單模光纖傳輸容量的限制，多芯光纖以其支持不同纖芯間相互獨(dú)立傳輸不同模式和結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活緊湊的特性受到越來越多的關(guān)注，極有可能成為下一代重要的傳輸介質(zhì)，圖1是日本藤倉公司生產(chǎn)的多芯光纖的橫截面圖。

多芯光纖獨(dú)特的纖芯設(shè)計，相對于普通單模光纖，同等尺寸可以容納更多的傳輸通道，通過有效的將選頻器件刻蝕在多芯光纖的不同纖芯處，既可以極大地縮減光纖傳感裝置的體積，提高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又可以實現(xiàn)混合氣體的組分識別和濃度檢測。隨著超快激光和微納加工技術(shù)的發(fā)展，通過對多芯光纖的微處理實現(xiàn)氣室的設(shè)計，可以進(jìn)一步簡化光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高集成度的單纖混合氣體組分識別與濃度檢測裝置，促使多芯光纖在光纖傳感領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

相較于普通光纖傳感器而言，多芯光纖傳感器不僅可以有效地提高系統(tǒng)的復(fù)用能力，實現(xiàn)混合氣體的檢測，而且可以極大地縮小光纖器件的體積，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。同時，該光纖氣體傳感系統(tǒng)具有好的可移植性，對于提高混合氣體光纖傳感系統(tǒng)的性能、擴(kuò)展光纖傳感檢測系統(tǒng)可覆蓋氣體的范圍具有非常重要的意義。

實用新型內(nèi)容

為了降低光纖混合氣體濃度檢測裝置的復(fù)雜度，縮小系統(tǒng)體積，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和系統(tǒng)的復(fù)用能力，本實用新型通過對多芯光纖進(jìn)行微處理，提出了一種基于多芯光纖的單纖混合氣體組分識別與濃度檢測裝置，詳見下文描述：

一種單纖混合氣體組分識別與濃度檢測可同時傳感裝置，所述裝置包括：模場適配光纖結(jié)構(gòu)和微處理多芯光纖兩部分，

所述模場適配光纖結(jié)構(gòu)包括：依次連接的單模光纖、模場匹配區(qū)、以及多模光纖，

所述微處理多芯光纖設(shè)置在多模光纖內(nèi)，包括：多芯光纖、方形穿孔以及通過超快激光對多芯光纖的不同纖芯刻寫的若干個微結(jié)構(gòu)光柵，每個微結(jié)構(gòu)光柵的中心波長對應(yīng)某一氣體的吸收峰。

進(jìn)一步地，寬光譜信號光通過模場適配光纖結(jié)構(gòu)被多芯光纖分光，經(jīng)多芯光纖不同纖芯傳輸?shù)男盘柟馀c方形穿孔內(nèi)的氣體相互作用后再次被耦合進(jìn)多芯光纖；

進(jìn)入不同纖芯的信號光在各自纖芯內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)光柵作用下發(fā)生反射；

反向傳輸?shù)男盘柟庠俅闻c方形穿孔內(nèi)的氣體相互作用，攜帶氣體組成成分和吸收強(qiáng)度信息后被耦合進(jìn)多芯光纖之后經(jīng)模場適配光纖后輸出。

進(jìn)一步地，單模光纖的纖芯/包層直徑為10/125μm、多模光纖的纖芯/包層直徑為105/125μm；