基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器制造技術

基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，其特征包括：寬帶光源，單模傳輸光纖，鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭，氣室，光譜儀；所述鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭由光纖光柵、微腔、Pt/WO3膜構成；氫氣作用于Pt/WO3膜，Pt/WO3膜折射率會發生變化，導致透射波干涉波峰發生變化，通過檢測干涉波峰的位置，可以實現高靈敏度的氫氣濃度的測量。然而在Pt/WO3膜與氫氣發生反應過程中，環境溫度會發生變化，對測量結果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測量氫氣濃度的同時可以監測環境溫度對測量結果的影響，所以能夠消除環境溫度對測量結果的影響。本發明專利技術提出一種結構緊湊，可以提高測量精確度與靈敏度的基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光纖傳感
，特別涉及基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。
技術介紹
法布里-?羅干涉儀(Fabry-Perot interferometer，簡稱FPI)早在19世紀末就已問世，但基于光纖的FPI知道20世紀80年代初才制作成功，目前已經應用于溫度、應力、電流、電壓等傳感中。光纖FPI傳感器的特點是采用單根光纖、利用多光束干涉原理來檢測被測量，避開了 Michelson和Mach-Zehnde干涉傳感所需兩根光纖配對移機必須對偏振進行補償等問題。此外光纖FPI傳感器對任何導致其兩個反射距離發生變化的物理量靈敏度極高，而且傳感區域小，在很多應用中可被視為“點”測量；加之其結果簡單、體積小、復用能力強、抗干擾、重復性好等優勢，在嵌入式測量更是倍受青睞，成為實現所謂人工智能結構和材料等相關領域的研宄熱點。近年來全球變暖的趨勢日益嚴重，遏制全球變暖的趨勢已成為當今時代環保的一項重要任務，而全球變暖主要就是因為很多化石燃料燃燒釋放了大量的CO2破壞臭氧層引起的，因此使用不排放CO2可在生的新能源已成為一種必然趨勢。氫能源作為一種綠色能源，其燃燒產物只有水，以其分布廣泛(有水即可制氫)、可再生永不枯竭、無污染、能量密度大和應用面廣等優點越來越受到人們的青睞，具有廣闊的開發應用前景。因此，檢測氫氣的濃度和預防其泄露是至關重要的。光纖型氫氣傳感器是將氫敏材料涂到光纖器件上，氫氣濃度變化時，氫敏材料就會發生反應從而使光纖中光信號的波長或強度發生改變，通過對光信號改變量的檢測來獲得氫氣的濃度。目前主要的光纖氫氣傳感器有四類:以光的干涉為基礎的干涉型氫氣傳感器、以光的反射為基礎的微透鏡型氫氣傳感器、以光的傳輸損耗為基礎的消逝場型氫氣傳感器、以光柵為基礎的光柵型氫氣傳感器。這些傳感器使用光作為媒介，無需加熱，因此用于檢測氫氣濃度具有很高的安全性，而且它在常溫下就有良好的敏感性，故在常溫下適用，此外光纖傳感器使用適當波長的光和光纖就可以實現遠距離監測。大都以Pd或者Pt/W03作為敏感材料，在測量氫氣濃度過程中，隨著氫氣與敏感膜的作用，傳感頭的環境溫度可能會變化，進而影響測量的精確度與靈敏度，如若想要消除環境溫度對測量精度和靈敏度的影響，還需用光纖光柵來再次測量，操作繁瑣，而且結構疏散；在傳感器的使用時，多次使用后，敏感膜容易脫落，不利于重復利用。針對上述氫氣傳感器中所遇到的環境溫度對測量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復利用率差、操作繁瑣及結構疏散等缺點，本專利技術提出一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。本專利技術中以鍍有Pt/W03膜的光纖光柵微腔FPI為傳感頭，微腔加工在光纖光柵柵區中間位置，隨著氫氣濃度的變化，Pt/W0j莫與氫氣發生反應，使膜的折射率發生變化，會改變FP腔的長度，在此結構中，特定波長的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發生改變，從而干涉波峰的位置發生變化。然而在Pt/W03膜與氫氣發生反應過程中，環境溫度可能會發生變化，對測量結果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測量氫氣濃度的同時可以監測環境溫度對測量結果的影響，所以能夠消除環境溫度對測量結果的影響。因此，本專利技術提出的基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器可以提高測量的精確度與靈敏度，結構緊湊，安全可靠，具有很強的實用價值。
技術實現思路
為了克服氫氣傳感器中所遇到的環境溫度對測量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復利用率差、操作繁瑣及結構疏散等缺點，本專利技術提出一種結構緊湊，操作簡單，可以消除環境溫度對測量結果影響的基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。本專利技術為解決技術問題所采取的技術方案:基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，包括:寬帶光源、單模傳輸光纖、鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭、氣室以及光譜儀。寬帶光源的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與處于氣室內的鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸入端相連，鍍有Pt/W0 J莫的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與光譜儀相連。光纖光柵上微腔寬度在35 μπι?45 μπι之間，深度在66.6 μπι?76 μπι之間，形成FPI結構，Pt/WOj莫的厚度在10nm?120nm之間；由光纖光柵微腔FP1、Pt/W0j莫構成光纖光柵微腔FPI傳感頭，微腔加工在光纖光柵中間位置。光譜儀作為氫氣傳感器的解調器。本專利技術的有益效果為:本專利技術利用光纖光柵、微腔、Pt/W03膜構成傳感頭，微腔加工在光纖光柵中間位置，當外界環境中氫氣濃度發生變化時，鍍有Pt/woj莫的傳感頭中Pt/W0 J莫的折射率會發生變化，會改變FP腔的長度，在此結構中，特定波長的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發生改變，從而干涉波峰的位置發生變化，進而影響干涉譜的變化。通過檢測波長的漂移量，可以實現高靈敏度的氫氣濃度測量。然而在PVWO3膜與氫氣發生反應過程中，環境溫度可能會發生變化，對測量結果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測量氫氣濃度的同時可以監測環境溫度對測量結果的影響，所以能夠消除環境溫度對測量結果精確度的影響。本專利技術利用Pt/W03膜作為涂覆材料，對氫氣有很好的選擇性，實現高靈敏度的氫氣濃度的測量，而且可以重復利用，Pt/woj莫不易脫落本專利技術中將微腔加工在光纖光柵上，結構緊湊簡單，避免復雜的測量系統，操作簡便?！靖綀D說明】圖1為基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器結構示意圖?！揪唧w實施方式】下面結合附圖對專利技術進一步描述。如圖1所不，基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，包括寬帶光源1，單模傳輸光纖2，鍍有Pt/WOj莫的光纖光柵微腔FPI傳感頭3，氣室4，單模傳輸光纖5和光譜儀6。寬帶光源I的輸出端與單模傳輸光纖2相連，光單模傳輸光纖2的輸出端與鍍有Pt/WOj莫的光纖光柵微腔FPI傳感頭3相連，鍍有Pt/WOj莫的光纖光柵微腔FPI傳感頭3置于氣室4內，鍍有PVWO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭3的輸出端和單模傳輸光纖5相連，單模傳輸光纖5和光譜儀6相連。由光纖光柵7、Pt/W0j莫8和微腔9組成超靈敏度光纖氫氣傳感頭，微腔加工在光纖光柵中間位置，微腔8的寬度在35 μ m?45 μ m之間，深度在66.6 μ m?76 μπι之間，？丨/胃03膜8的厚度在10nm?120nm之間；光譜儀6作為信號解調部分。本專利技術的工作方式為:寬帶光源I產生信號光，由單模傳輸光纖2輸入到光鍍有Pt/W03膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭3，在光纖光柵微腔FPI傳感頭3中，特定波長的光被反射，其余透射的光在微腔9中多次反射，最后透射出去，形成多光束干涉，鍍有Pt/W0j莫的光纖光柵微腔FPI傳感頭3輸出的光信號通過單模傳輸光纖5輸入到光譜儀6中進行波形的檢測。由光纖光柵、微腔、Pt/W03膜構成的傳感頭對空氣中氫氣濃度的變化非常敏感，而且微腔加工在光纖光柵中間位置，隨著空氣中氫氣濃度的增大，鍍有Pt/W0j莫傳感頭的Pt/W03膜折射率會發生變化，會改變FP腔的長度，在此結構中，特定波長的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發生改變，導致透射波長發生變化，透射波長向短波漂移，并且漂移量與空氣中氫氣濃度的變化量具有很好的線性度，通過檢測透射波本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，其特征在于：由寬帶光源，單模傳輸光纖，鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭，氣室，光譜儀構成傳感測量系統；寬帶光源的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與處于氣室內的鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸入端相連，鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與光譜儀相連；所述光纖光柵微腔FPI傳感頭由光纖光柵、Pt/WO3膜和微腔組成，光纖光柵使用布拉格光纖光柵，微腔加工在光纖光柵中間位置，微腔的寬度在35μm～45μm之間，深度在66.6μm～76μm之間，形成FPI結構，Pt/WO3膜的厚度在100nm～120nm之間；隨著氫氣濃度的變化，Pt/WO3膜與氫氣發生反應，使膜的折射率發生變化，會改變FP腔的長度，在此結構中，特定波長的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發生改變，從而干涉波峰的位置發生變化，通過測量干涉峰位置的變化，就可以測得氫氣的濃度；光譜儀作為信號解調部分。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙春柳，時菲菲，吳彬青，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：發明
國別省市：浙江;33