本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，其特征在于：由寬帶光源(1)、入射光纖(2)、長周期光纖光柵(3)、氫敏感薄膜(4)、恒溫氣室(5)、氣體產(chǎn)生裝置(6)、排氣口(7)、出射光纖(8)、光譜分析儀(9)組成；寬帶光源(1)發(fā)出的光束耦合到入射光纖(2)，入射光纖(2)的出射光束耦合到長周期光纖光柵(3)，長周期光纖光柵(3)的出射光束耦合到出射光纖(8)，出射光纖(8)與光譜分析儀(9)相連；長周期光纖光柵(3)的一側(cè)濺鍍氫敏感薄膜(4)，置于恒溫氣室(5)中。所述的一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、靈敏度高、安全性能好的優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)借助于長周期光纖光柵，提出了一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，屬于光纖傳感
技術(shù)介紹
長周期光纖光柵是一種透射型光纖光柵，無后向反射，在傳感測量系統(tǒng)中不需要隔離器，測量精度較高。與人們熟知的布拉格光柵不同，長周期光纖光柵的周期相對較長，滿足相位匹配條件的是同向傳輸?shù)睦w芯基膜和包層模，這一特點導(dǎo)致它的諧振波長和幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感，具有比布拉格光柵更好的溫度、應(yīng)力、彎曲度、扭曲、橫向負載和折射率靈敏度等。氫氣傳感器在許多方面都有至關(guān)重要的作用，例如氫氣儲備、航天領(lǐng)域和科研等，但由于傳統(tǒng)的基于電特性工作原理的氫氣傳感器在使用時，有可能產(chǎn)生電火花，有引起爆炸的可能性，存在安全隱患。相比之下，光纖氫氣傳感器憑借其高靈敏度、耐高壓、耐腐蝕，體積小以及不產(chǎn)生火花等特性，非常適合應(yīng)用于氫氣這種危險氣體的檢測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置。該裝置能夠?qū)⒋郎y氫氣濃度的變化量轉(zhuǎn)化為探測信號的波長漂移量，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、靈敏度高、安全性能好等特點。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，由寬帶光源(1)、入射光纖(2)、長周期光纖光柵(3)、氫敏感薄膜(4)、恒溫氣室(5)、氣體產(chǎn)生裝置(6)、排氣口(7)、出射光纖(8)、光譜分析儀(9)組成；寬帶光源(1)發(fā)出的光束耦合到入射光纖(2)，入射光纖(2)<br>的出射光束耦合到長周期光纖光柵(3)，長周期光纖光柵(3)的出射光束耦合到出射光纖(8)，出射光纖(8)與光譜分析儀(9)相連；長周期光纖光柵(3)的一側(cè)濺鍍氫敏感薄膜(4)，置于恒溫氣室(5)中；氣體產(chǎn)生裝置(6)包括第一儲氣罐(10)、第二儲氣罐(11)、第一流量計(14)、第二流量計(15)和熱交換器(18)，第一儲氣罐(10)經(jīng)第一氣體流道(12)與第一流量計(14)相連，第一流量計(14)經(jīng)第一進氣管道(16)與熱交換器(18)相連，第二儲氣罐(11)經(jīng)第二氣體流道(13)與第二流量計(15)相連，第二流量計(15)經(jīng)第二進氣管道(17)與熱交換器(18)相連，熱交換器(18)經(jīng)輸氣管道(19)與恒溫氣室(5)相連；排氣口(7)位于恒溫氣室(5)的右上方。所述的一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，其特征在于：長周期光纖光柵(3)由電弧放電或紫外激光器制成，周期為200μm～700μm，光柵長度為20mm；采用磁控濺射法在長周期光纖光柵(3)一側(cè)濺射氫敏感薄膜(4)，具體為膜厚25nm～400nm的鈀薄膜。所述的一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，其特征在于：第一儲氣罐(10)內(nèi)裝有純氮氣，第二儲氣罐(11)內(nèi)裝有含有4％氫氣含量的氮氣。本專利技術(shù)的工作原理是：包層和纖芯的有效折射率以及光柵周期的關(guān)系式是：λi=(neff(λi)-nclad(l)(λi))Λ]]>其中λ1表示耦合波長；neff表示傳播纖芯的有效折射率；表示包層的有效折射率；Λ表示長周期光纖光柵的周期。恒溫氣室(5)中氫氣的濃度不同，其與氫敏感薄膜(4)發(fā)生敏感反應(yīng)后，膜層的折射率發(fā)生了變化，這將導(dǎo)致諧振波長發(fā)生變化，波長改變時高次包層模與導(dǎo)模耦合的諧振波長處于長波長處，而低階包層模與導(dǎo)模耦合的諧振波長處于短波長處，進一步引起透射譜的漂移，監(jiān)測透射光譜波長漂移量可以實現(xiàn)氫氣濃度的測量。本專利技術(shù)的有益效果是：因待測氫氣濃度的變化，鍍鈀膜層的長周期光纖光柵(3)的傳感部位會發(fā)生明顯的折射率變化，導(dǎo)致透射光譜波長漂移會發(fā)生明顯變化，而透射光譜微小的波長漂移量都能夠通過光譜分析儀(9)檢測到，因此，該裝置的探測精度，靈敏度都得到了大幅提高；氣體產(chǎn)生裝置(6)由裝有純氮氣的第一儲氣罐(10)，裝有含有4％氫氣含量的氮氣的第二儲氣罐(11)、第一流量計(14)、第二流量計(15)和熱交換器(18)組成，使得產(chǎn)生的混合氣體濃度控制在4％氫氣含量以內(nèi)，即低于氫氣爆炸濃度，可充分保障該裝置使用的安全性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置示意圖；圖2是本專利技術(shù)的長周期光纖光柵的氫氣傳感器；具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施實例對本專利技術(shù)作進一步描述：參見附圖1，一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，由寬帶光源(1)、入射光纖(2)、長周期光纖光柵(3)、氫敏感薄膜(4)、恒溫氣室(5)、氣體產(chǎn)生裝置(6)、排氣口(7)、出射光纖(8)、光譜分析儀(9)組成。本專利技術(shù)中的寬帶光源(1)發(fā)出的光束耦合到入射光纖(2)，入射光纖(2)的出射光束耦合到長周期光纖光柵(3)，長周期光纖光柵(3)的出射光束耦合到出射光纖(8)，出射光纖(8)與光譜分析儀(9)相連；長周期光纖光柵(3)的一側(cè)濺鍍氫敏感薄膜(4)，置于恒溫氣室(5)中；氣體產(chǎn)生裝置(6)包括第一儲氣罐(10)、第二儲氣罐(11)、第一流量計(14)、第二流量計(15)和熱交換器(18)，第一儲氣罐(10)經(jīng)第一氣體流道(12)與第一流量計(14)相連，第一流量計(14)經(jīng)第一進氣管道(16)與熱交換器(18)相連，第二儲氣罐(11)經(jīng)第二氣體流道(13)與第二流量計(15)相連，第二流量計(15)經(jīng)第二進氣管道(17)與熱交換器(18)相連，熱交換器(18)經(jīng)輸氣管道(19)與恒溫氣室(5)相連；排氣口(7)位于恒溫氣室(5)的右上方。長周期光纖光柵(3)由電弧放電或紫外激光器制成，周期為200μm～700μm，光柵長度為20mm；采用磁控濺射法在長周期光纖光柵(3)一側(cè)濺射氫敏感薄膜(4)，具體為膜厚25nm～400nm的鈀薄膜；第一儲氣罐(10)內(nèi)裝有純氮氣，第二儲氣罐(11)內(nèi)裝有含有4％氫氣含量的氮氣。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，其特征在于：由寬帶光源(1)、入射光纖(2)、長周期光纖光柵(3)、氫敏感薄膜(4)、恒溫氣室(5)、氣體產(chǎn)生裝置(6)、排氣口(7)、出射光纖(8)、光譜分析儀(9)組成；寬帶光源(1)發(fā)出的光束耦合到入射光纖(2)，入射光纖(2)的出射光束耦合到長周期光纖光柵(3)，長周期光纖光柵(3)的出射光束耦合到出射光纖(8)，出射光纖(8)與光譜分析儀(9)相連；長周期光纖光柵(3)的一側(cè)濺鍍氫敏感薄膜(4)，置于恒溫氣室(5)中；氣體產(chǎn)生裝置(6)包括第一儲氣罐(10)、第二儲氣罐(11)、第一流量計(14)、第二流量計(15)和熱交換器(18)，第一儲氣罐(10)經(jīng)第一氣體流道(12)與第一流量計(14)相連，第一流量計(14)經(jīng)第一進氣管道(16)與熱交換器(18)相連，第二儲氣罐(11)經(jīng)第二氣體流道(13)與第二流量計(15)相連，第二流量計(15)經(jīng)第二進氣管道(17)與熱交換器(18)相連，熱交換器(18)經(jīng)輸氣管道(19)與恒溫氣室(5)相連；排氣口(7)位于恒溫氣室(5)的右上方。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于長周期光纖光柵的氫氣傳感裝置，其特征在于：由寬帶光源(1)、入射光纖(2)、
長周期光纖光柵(3)、氫敏感薄膜(4)、恒溫氣室(5)、氣體產(chǎn)生裝置(6)、排氣口(7)、
出射光纖(8)、光譜分析儀(9)組成；寬帶光源(1)發(fā)出的光束耦合到入射光纖(2)，入
射光纖(2)的出射光束耦合到長周期光纖光柵(3)，長周期光纖光柵(3)的出射光束耦合
到出射光纖(8)，出射光纖(8)與光譜分析儀(9)相連；長周期光纖光柵(3)的一側(cè)濺鍍
氫敏感薄膜(4)，置于恒溫氣室(5)中；氣體產(chǎn)生裝置(6)包括第一儲氣罐(10)、第二儲
氣罐(11)、第一流量計(14)、第二流量計(15)和熱交換器(18)，第一儲氣罐(10)經(jīng)第
一氣體流道(12)與第一流量計(14)相連，第一流量計(14)經(jīng)第一進氣管道(16)與熱<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：嚴灑灑，沈常宇，王友清，包立峰，樓偉民，申屠鋒營，
申請(專利權(quán))人：中國計量學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33
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