一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型fpi氫氣傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光譜儀和級(jí)聯(lián)型法布里?珀羅干涉儀，其特征在于：所述的級(jí)聯(lián)型法布里?珀羅干涉儀由單模光纖與空芯光子晶體光纖組成，將兩個(gè)長(zhǎng)度近似相等的空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接，再在左端的空芯光子晶體光纖側(cè)面涂敷Pd膜，構(gòu)成級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器。將該傳感器的左端與環(huán)形器的一端連接，寬帶光源、光譜儀分別與環(huán)形器的另外兩端連接。本實(shí)用新型具有制備簡(jiǎn)單、成本低、體積小和靈敏度高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是一種重要的工業(yè)原料，在石油化工、電子工業(yè)、冶金工業(yè)、食品加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。空氣中的氫氣含量達(dá)到4%?70%，遇到明火或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用的過(guò)程中不易控制，易發(fā)生泄漏。因此，制作一種安全可靠、靈敏度高的氫氣傳感器，以利于氫氣的安全使用是非常重要的。目前，已有多種固態(tài)氫傳感器用于測(cè)量氫濃度，固態(tài)氫傳感器不但方便易用，而幾感知?dú)淠芰Ω?，但它主要?yīng)用于較低氫濃度的探測(cè)，因?yàn)樵跉錆舛雀叩沫h(huán)境下，電信號(hào)有可能引起火花，從而引發(fā)爆炸?，F(xiàn)有的探測(cè)系統(tǒng)是在飛行器的多個(gè)位置放聚四氟乙烯傳送管，利用光譜儀分析傳送管中的采樣氣體。這一系統(tǒng)不僅復(fù)雜笨重。同這些技術(shù)相比，光纖氫傳感器，具有靈敏度高、精度高、無(wú)源器件、對(duì)被測(cè)對(duì)象的干擾小、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾、體積小、重量輕、使用方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此用光纖傳感器測(cè)氫成為一種最佳的選擇。漸逝場(chǎng)型光纖氫傳感器這種傳感器可獨(dú)立控制傳感器的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間；但是對(duì)制造工藝要求太高，光纖拉錐、腐蝕、鍍膜等工藝都需要更多的研究，致使傳感器的制作困難。光纖布拉格光柵型氫氣傳感器此種光纖氫氣傳感器的最大的特點(diǎn)就是有內(nèi)在的自參考能力、抗干擾能力以及在一根光纖上實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的能力。但是，這類氫氣傳感器需要較復(fù)雜的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，其具有制備方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案:一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，其特征在于:所述的傳感器由兩個(gè)空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，其中，左端的空芯光子晶體光纖的側(cè)面涂敷有Pd膜，其厚度為10-50um。
[0005]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0006]1.傳感器制備過(guò)程中只需使用普通商用熔接機(jī)將單模光纖和空芯光子晶體光纖熔接和涂敷Pd膜等工作，具有制備方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]2.所述的傳感器是基于游標(biāo)效應(yīng)的，因此該傳感器的靈敏度比一般的氫氣傳感器的靈敏度高。
[0008]3.所述的傳感器的工作原理是:當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光沿著單模光纖的纖芯傳輸時(shí)，由于單模光纖與空芯光子晶體光纖的折射率不匹配，因此部分光會(huì)在單模光纖與空芯光子晶體光纖的熔接面上發(fā)生反射，從而形成兩個(gè)級(jí)聯(lián)型的FPI，在其中一個(gè)空芯光子晶體光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，記為傳感型FP干涉儀，另一個(gè)記為參考型FP干涉儀，它們的反射光分別在輸入的單模光纖中相遇疊加發(fā)生干涉。側(cè)面涂敷的Pd膜吸氫后體積會(huì)發(fā)生膨脹，由于應(yīng)力作用傳感型FP干涉儀的腔長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)，使得光程差發(fā)生改變，因此傳感型FP干涉儀產(chǎn)生的干涉譜會(huì)發(fā)生漂移，所選取的兩個(gè)空芯光子晶體光纖的長(zhǎng)度近似相等，會(huì)產(chǎn)生游標(biāo)效應(yīng)，所以隨著氫氣濃度的變化包絡(luò)譜會(huì)發(fā)生漂移，我們可以通過(guò)檢測(cè)包絡(luò)譜的漂移量，從而準(zhǔn)確測(cè)量氫氣的濃度，兩個(gè)FP級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的游標(biāo)效應(yīng)放大FSR，因此該傳感器比一般氫氣傳感器靈敏度高。
【附圖說(shuō)明】

[0009]下面結(jié)合附圖及具體方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010]圖1是本實(shí)用新型的基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0011 ]圖2是該氫氣傳感器的測(cè)試系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖中:1.級(jí)聯(lián)型FP干涉儀，2.單模光纖，3.側(cè)面涂敷Pd膜的空芯光子晶體光纖，4.寬帶光源，5.光纖環(huán)形器，6.光譜儀。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所述的基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，其制備流程為:將兩個(gè)空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，將左邊的空芯光子晶體光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，其厚度為10-50um，兩個(gè)空芯光子晶體光纖的長(zhǎng)度分別取9.72mm和9.38mm，從而構(gòu)成級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器。將該氫氣傳感器的左端與光纖環(huán)形器一端連接，寬帶光源和光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。
[0014]如圖2所示，進(jìn)行氫氣濃度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將該傳感器放置在一個(gè)氣室中，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光進(jìn)入單模光纖的纖芯時(shí)，單模光纖與空芯光子晶體光纖的折射率不匹配，部分光會(huì)在單模光纖與空芯光子晶體光纖的熔接面上發(fā)生反射，另一部分光繼續(xù)傳播，從而形成兩個(gè)級(jí)聯(lián)型FP干涉儀，將側(cè)面涂敷有Pd膜空芯光子晶體光纖記為傳感型FP干涉儀，另一個(gè)記為參考型FP干涉儀，它們的反射光分別在輸入的單模光纖中疊加發(fā)生干涉。將氫氣通入氣室，Pd膜吸氫后體積會(huì)發(fā)生膨脹，由于應(yīng)力作用傳感型FP干涉儀的腔長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，光程差隨之發(fā)生改變，因此傳感型FP干涉儀產(chǎn)生的干涉譜會(huì)發(fā)生漂移，由于空芯光子晶體光纖的長(zhǎng)度近似相等，會(huì)出現(xiàn)游標(biāo)效應(yīng)，所以隨著氫氣濃度的變化包絡(luò)譜會(huì)發(fā)生漂移，我們可以通過(guò)檢測(cè)包絡(luò)譜的漂移量，從而準(zhǔn)確測(cè)量氫氣的濃度，該傳感器的靈敏度比一般氫氣傳感器的靈敏度高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，其特征在于:所述的傳感器由兩個(gè)空芯光子晶體光纖分別夾在單模光纖中間順次熔接而成，在左端的空芯光子晶體光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，從而構(gòu)成級(jí)聯(lián)型的FPI氫氣傳感器;將該傳感器的左端與光纖環(huán)形器一端連接，寬帶光源和光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于游標(biāo)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)型FPI氫氣傳感器，其特征在于:所述的兩個(gè)空芯光子晶體光纖的長(zhǎng)度分別取9.72mm和9.38臟，？(1膜厚度為10-5011111。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK205691490SQ201620647095
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日 公開(kāi)號(hào)201620647095.0, CN 201620647095, CN 205691490 U, CN 205691490U, CN-U-205691490, CN201620647095, CN201620647095.0, CN205691490 U, CN205691490U
【發(fā)明人】李萍, 徐賁
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量大學(xué)