[發明專利]一種基于單光子計數的可定位氫氣測量方法

在審

• 申請號: 201910955342.1
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN111157493A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 李俊;鄧軍;王偉峰;馬天;翟小偉
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 合肥律眾知識產權代理有限公司 34147
• 代理人: 劉苗

本發明屬于新能源氫氣安全監測技術領域，尤其為一種基于單光子計數的可定位氫氣測量方法，包括光纖激光雷達、控制激光束強度變化的聲光調制器(AOM)和安裝在聲光調制器(AOM)輸出端的傳感光纖，所述聲光調制器(AOM)通過環形器注入到所述傳感光纖中，所述環形器的輸出端安裝有用于接收散射光的單光子光電探測器(SPD)；本發明所采用的氫氣濃度監測結構可以同時實現多點、多區域的氫氣泄漏擴散的檢測，具備可定位的功能，采用單光子計數結合鎖相放大的探測的方式，檢測噪聲可達熱噪聲水平，傳感器本身為一根塑料光纖，結構簡單，成本低，操作方便，本傳感器不帶電，本質安全，特別適用于氫氣檢測的易燃易爆環境中。

技術領域

本發明屬于新能源氫氣安全監測技術領域，具體涉及一種基于單光子計數的可定位氫氣測量方法。

背景技術

我國一次能源產量中，煤炭占70％、石油占8％、天然氣占5％、新能源占 17％，中國煤炭資源豐富但油氣相對不足的先天稟賦條件，決定了能源生產和消費必須具有中國特色，構成“一大三小”(煤炭大，石油、天然氣、新能源小)的中國能源結構行業特點。

氫能是最清潔的新能源，因此發展氫工業，是優化能源結構，全球氫工業發展已初具規模，煤炭地下氣化制氫符合我國的國情，具有較大的發展潛力。

中國是全球氫能利用的大國，已形成京津冀、長江三角洲、珠江三角洲、華中、西北、西南、東北等7個氫能產業集群。

氫能成為我國能源消費結構的重要組成部分，依靠新能源等實現國家“能源自主”，實現能源生產基本自給和消費安全，氫氣是一種公認的清潔能源，然而，與常規能源相比，氫氣有很多不利于安全的屬性，它遇火燃燒速度快，范圍廣，更容易泄漏；產生更高的火焰傳播速度，據不完全統計，氫氣泄漏是引起航天事故的重要原因之一。

傳統的氫氣泄漏檢測主要采用以下一些技術手段，半導體型氫敏傳感器，主要是通過測量電路中阻值的變化，來反應氫氣濃度大小，電化學氫敏型傳感器，是將待測組分在電極上的催化反應轉換成電信號，從而根據電信號的強弱得出氫氣含量的一種測量裝置，采用電化學原理的氫氣傳感器檢測范圍寬，選擇性好，靈敏度較高，無需加熱，成本相對較低。同時可以實現對泄漏的快速、連續檢測。光纖氫泄漏檢測系統利用多點光纖傳感器系統，與傳統半導體、電化學技術相比，光電子傳感器具有三優點：①由于光傳感器在測試的敏感點無需使用電源，所以不存在因不完善配線引起火花的危險；②傳感器都是抗電磁干擾，本質安全，可有效應用于各種媒介中；③光纖是柔性的，體積小重量輕，能耐受極限溫度，而且能耐受許多腐蝕性化學品。

公開號為CN205664848U的中國專利提出一種單端反射式長周期光纖光柵傳感器，該方案提出的傳感器具有探頭式結構，結構簡單、體積小、靈敏度高，并對溫度、折射率、液位等外界物理量敏感，但是其檢測范圍太小，不適用于對氫氣泄漏情況下的濃度監測。

發明內容

為解決上述背景技術中提出的問題。本發明提供了一種基于單光子計數的可定位氫氣測量方法，具有同時實現多點、多區域的氫氣泄漏擴散濃度的檢測，具備可定位的功能特點，可實現氫氣濃度低噪聲，分布式的測量。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于單光子計數的可定位氫氣測量方法，包括光纖激光雷達、控制激光束強度變化的聲光調制器 (AOM)和安裝在聲光調制器(AOM)輸出端的傳感光纖，所述聲光調制器(AOM) 通過環形器注入到所述傳感光纖中，所述環形器的輸出端安裝有用于接收散射光的單光子光電探測器(SPD)。

優選的，所述光纖激光雷達使用窄線寬單頻激光器。

優選的，所述單頻激光器輸出的連續光波經所述聲光調制器(AOM)調制轉換成脈沖光。

優選的，激光波長在600nm到1600nm之間，根據所述傳感光纖直徑決定。

優選的，所述傳感光纖上鍍有用于檢測有害氣體的敏感膜。