專利名稱：一種光纖光柵傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，是借助光纖和光纖光柵進行探測氫氣變化的傳感 器，屬于傳感技術領域。
背景技術：
氫是種清潔高效的能源，目前，航天飛機主要采用氫作為燃料，汽車也正在探索利 用氫作為能源。但由于氫易燃易爆，所以在使用時必須隨時探測是否有泄漏以保證安全 使用。傳統(tǒng)的電學傳感器易產生電火花，所以基本上不適于探測氫氣，所以現在采用光 纖技術進行氫氣探測是一種主要的解決方法。其基本技術手段就是將金屬把與光纖傳感 器結合，利用用金屬鈀吸氫變形這一特性進行氫氣探測。由于光纖布拉格光柵具有許多 其它光纖傳感器所不具備的許多優(yōu)點，所以采用光纖布拉格光柵與金屬把結合是目前國 內外研究的重點，也進行了一些較為成功的嘗試。但目前采用的是寬光源加精密波長解 調裝置來實現，其設備復雜，維護成本高，無法滿足很多生產生活的實際需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是制定一種使用光纖光柵(如布拉格光柵)的傳感器，以避免上述缺陷。 為此，本發(fā)明提出了一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖 上的位于測量點的用于監(jiān)測氫變化的光纖光柵，其特征在于 一該光纖光柵表面鍍有一層金屬鈀，
一光源輸出的探測光信號從光纖的稱為入射端的一端注入，探測光信號的波長不 在光纖光柵的反射波長帶內，并與所述的反射波長帶有預設波長差值，
一當被監(jiān)測氫變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶至少漂 移了上述的預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了所述探測光信號波長帶的一部 分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射，即探測光信號的一 部分反射到入射端，從而探測到所述氫的變化。
本發(fā)明是探測受監(jiān)測氫變化的一種光纖光柵傳感器，是在光纖光柵表面鍍有一層金屬
鈀，其厚度為20-50納米，當金屬鈀吸收或釋放氫氣并使其自身發(fā)生變形時，從而使光纖 光柵發(fā)生軸向應變，導致光纖光柵選擇性作用波長帶位置漂移，如果在一個鍍有一層金屬 鈀光纖光柵附近的受監(jiān)測的氫發(fā)生了變化，且發(fā)生的變化達到了我們關心的程度，這時光 纖光柵的反射波長帶至少漂移了預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了探測光信 號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射，即 探測光信號的一部分反射到入射端，這說明有應力存在，從而可探測到相應氫的變化。 在實際工程中，我們常常只需要獲取一部分氫變化的數據，就可以達到我們的目標， 如在一個需要防靜電的工場中的氫報警系統(tǒng)中，對不大于0.05%時的氫濃度我們不是迫 切需要了解，我們只需設定一個監(jiān)測報警濃度，如0.1%氫濃度，然后在作為傳感器的光 纖上的鍍有金屬鈀的光纖光柵，測量出該光纖光柵在0.1%氫濃度時的選擇性作用波長帶 并選取一個波長作為探測光信號的波長，然后根據該波長選擇光源，所述鍍有金屬鈀的 光纖光柵在不大于0.05%時的氫濃度時，其選擇性作用波長帶與選定的探測光信號的波 長有波長差，將該傳感器安裝在監(jiān)測的地方，在通常情況下，環(huán)境氫濃度在不大于0.05% 時的氫濃度時，其選擇性作用波長帶與選定的探測光信號的波長有波長差，將該傳感器
3安裝在監(jiān)測的地方，在通常情況下，環(huán)境氫在65%RH至75%RH之間時，所以注入傳 感器光纖中的探測光信號主要引起瑞利散射光信號，靈敏的探測器主要探測到十分微弱 的瑞利反射光信號，只有當測量點處的氫濃度接近或達到0.1%氫濃度時，該測量點處的 鍍有金屬鈀的光纖光柵選擇性作用波長帶就會漂移并與探測光信號的波長帶交叉重疊， 并對探測光信號產生相當的反射，這時，探測器上會監(jiān)測到明顯的光信號，從而觸發(fā)了 氫報警條件，達到了監(jiān)測的目的。
在實際工程條件下，僅監(jiān)測氫的一個量值常常是不夠的，所以可以設置波長不同的多 個探測光信號，就可以監(jiān)測氫多個量值，同時就可以看出測量點氫變化的趨勢，以便更好 的監(jiān)測。


圖1是表示一個布拉格光柵的反射光譜、 一個探測光信號的光譜及兩者的關系圖； 圖2是表示有關本發(fā)明的第一實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖； 圖3是表示有關本發(fā)明的第二實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖； 圖4是表示有關本發(fā)明的第三實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖中3， 3a， 3b， 3n—光源，
4， 9a， 9b—光分路器，
5 —鍍有金屬鈀的光纖光柵 6， 6a， 6b， 6n—光探測器， 7 —光纖， 8—光開關， 10a， 10b， 10n—固定式濾波器。
具體實施例方式
圖i中的曲線1示意性地表示了一個布拉格光柵的反射光譜，入t和:^分別是該布拉 格光柵反射波長的下限和上限波長，在這兩個波長內所有的波長都是布拉格光柵可以反射 的波長，這里稱為反射波長帶。曲線2示意性地表示了一個探測光信號的光譜，^3和入4
分別是該探測光信號的下沿和上沿波長，A 2和A 3之間的距離就是所述的預設波長差。 第一實施方式
圖2是表示第一實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖。第一實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3、光探測器6、光分路器4、位于測量點處用于監(jiān)測氫變化的鍍^"金屬鈀 的光纖光柵5以及光纖7構成。各部件之間以光纖連接。光分路器4可以是2分路耦合 器，也可以是光環(huán)行器。
從光源3輸出的探測光信號，探測光信號的波長不在光纖光柵5的反射波長帶內， 并與之有預設的波長差值，探測光信號通過光分路器4和光纖7，而達到光纖光柵5，在 被監(jiān)測氫無變化或變化未達到我們關心的程度時，探測光信號的波長不在位于測量點的 鍍有金屬鈀的光纖光柵5的反射波長帶內，即光纖光柵5并不對探測光信號反射，這時 光探測器6沒有探測到有光信號，當被監(jiān)測點的氫變化到我們關心的程度時，位于所述 測量點的光纖光柵5的反射波長帶至少漂移了所述的預設波長差值，這時所述的反射波 長帶至少覆蓋了探測光信號波長帶的一部分，該光纖光柵5就對探測光信號產生了相當 的反射，反射光信號通過光纖7和光分路器進入探測器6，從而檢測到氫的變化。第二實施方式
圖3是表示第二實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖。第二實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3a、光源3b、光源3n、光探測器6、光分路器4、光開關8、位于測量點 用于監(jiān)測氫變化的鍍有金屬鈀的光纖光柵5以及光纖7構成。各部件之間以光纖連接。 光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光環(huán)行器。
從光源3a、光源3b、光源3n輸出的不同波長的探測光信號，探測光信號的波長均 不在光纖光柵5的反射波長帶內，并與之有不同的預設波長差值，光開關8可以選擇不 同光源的探測光信號通過光分路器4和光纖7，而達到鍍有金屬鈀的光纖光柵5，被監(jiān)測 氫的變化會引起光纖光柵5的反射波長帶的漂移，當反射波長帶漂移了不同的預設波長 差值時，我們就可以檢測到氫變化的多個量值。
第三實施方式
圖4是表示第三實施方式的光纖光柵傳感器的結構框圖。第三實施方式的光纖光柵 傳感器由光源3a、光源3b、光源3n、濾波器10a、濾波器10b、濾波器10n、光探測器 6a、光探測器6b、光探測器6n、光分路器4、光分路器9a、光分路器9b、位于測量點 用于監(jiān)測氫變化的鍍有金屬鈀的光纖光柵5以及光纖7構成。各部件之間以光纖連接。 光分路器4可以是2分路耦合器，也可以是光環(huán)行器。
從光源3a、光源3b、光源3n輸出的不同波長的探測光信號，探測光信號的波長均 不在光纖光柵5的反射波長帶內，并與之有不同的預設波長差值，探測光信號通過光分 路器9a，再通過光分路器4和光纖7,而達到鍍有金屬鈀的光纖光柵5，被監(jiān)測氫的變 化會引起光纖光柵5的反射波長帶的漂移，當反射波長帶漂移了所述的不同預設波長差 值時，就會有不同的反射光通過光纖7、光分路器4和光分路器9b，分別通過不同的濾 波器進入到不同的探測器，每個濾波器與光源是一一對應的，且僅允許對應波長的探測 光信號通過，將其他的探測光信號過濾掉，這樣我們就可以檢測到氫變化的多個量值。
可見，根據本發(fā)明的探測的方法比現有技術的方法簡單。
當然，本發(fā)明并不限于前面所介紹的實施方式，我們可以將整個裝置用另一種等價裝 置代替，而不超出本發(fā)明的范圍。
權利要求
1. 一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測氫變化的光纖光柵，其特征在于一該光纖光柵表面鍍有一層金屬鈀，一光源輸出的探測光信號從光纖的稱為入射端的一端注入，探測光信號的波長不在光纖光柵的反射波長帶內，并與所述的反射波長帶有預設波長差值，一當被監(jiān)測氫變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設波長差值，從而使該反射波長帶至少覆蓋了所述探測光信號波長帶的一部分，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射，即探測光信號的一部分反射到入射端，從而探測到所述氫的變化。
2. 根據權利要求1所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于多個光源從光纖的稱為入射 端的一端注入多個探測光信號，其波長均不在所述反射波長帶內，并與反射波長帶有不同的 預設波長差值，從而可以探測出測量點處氫變化的多個量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器，包括光源、光纖、探測器和安置于光纖上的位于測量點的用于監(jiān)測氫變化的鍍有金屬鈀的光纖光柵，其特征在于一光源輸出的探測光信號從光纖入射端注入，探測光的波長不在光纖光柵的反射波長帶內，并與反射波長帶有預設波長差值，一當被監(jiān)測氫變化達到一定量值時，位于測量點處的光纖光柵的反射波長帶至少漂移了上述的預設波長差值，從而使反射波長帶與探測光信號波長帶交叉重疊，這時，該測量點處的光纖光柵就對探測光信號產生了一定的反射到入射端，從而探測到所述氫的變化。
文檔編號G01B11/16GK101424628SQ20081023223
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權日2008年11月12日
發(fā)明者兵 杜 申請人:西安金和光學科技有限公司