一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器制造技术

技术编号:20363345 阅读:34 留言:0更新日期:2019-02-16 16:44
本实用新型专利技术公开了一种基于光子晶体光纤的马赫‑曾德干涉仪型光纤氢气传感器,其特征在于:该传感器由单模光纤一、光子晶体光纤和单模光纤二依次熔接而成,光子晶体光纤两端分别与单模光纤错位连接,错位值为7‑10μm,且在光子晶体光纤的侧面有两个微通道,通过此微通道向光子晶体光纤中填充折射率液,其侧面涂覆有Pt/WO3薄膜,其厚度为10‑20μm。应用时,将传感器置于待测氢气浓度的空间中,利用光纤光谱分析仪测量其输出光谱以解调出待测氢气浓度。本实用新型专利技术具有灵敏度高、制作简单、结构紧凑和坚固等优点,可应用于氢气的高浓度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器
本技术属于光纤传感
,具体涉及一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器。
技术介绍
氢气作为一种新型的清洁能源,由于其燃烧效率高、产物无污染等优点,被广泛的应用于石油化工、航空航天和电子等产业,并与太阳能、核能并称为三大新能源。同时,氢气作为一种还原性气体,在化工、电子、医疗、金属冶炼,特别在军事国防领域有着极为重要的应用价值。但是氢气分子很小,所以在生产、储存、运输和使用的过程中极易发生泄漏;然而氢气不利于呼吸,无色无味,且着火点仅为585℃,当空气中的氢气体积比在4%-75%范围内时,遇明火即发生爆炸,故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。光纤氢气传感器因具有本质安全、质量轻、易于多点分布测量的优点而备受研究者和用户的青睐。近年,人们开发了多种光纤氢气传感器,根据其工作原理可分为热效应型和应力型两类。基于热效应的光纤氢气传感器,通常采用WO3作为氢气敏感材料,如Wang等人报道的基于载铂WO3涂层的选择性渗透光子晶体光纤氢气传感器,利用WO3与氢气之间的热反应,灵敏度可达到32.3nm/%(体积浓度比),但是此类氢敏感材料一般为粉末状,涂敷在传感头表面你的时候容易脱落,极大的影响了测量的稳定性和灵敏度;而且该结构易受环境温度影响,采用温度补偿技术会增加系统的复杂性,不利于实际应用。基于应变力效应的光纤氢气传感器,通常可采用钯或钯-银、钯-金合金作为氢敏感材料,利用镀膜技术涂敷在传感头侧面,从而避免了脱落的问题,如Yang等人提出在光纤布拉格光栅的侧面涂覆钯-银合金薄膜制作氢气传感器,利用钯吸收氢气后体积膨胀导致对光纤施加应力的特性来定量感知氢气的浓度。该传感器几乎不受环境温度的影响,且具有波分复用的特性而广泛应用于氢气浓度的分布测量,但其制备需要使用到价格昂贵的紫外激光器等,更重要的是其灵敏度受布拉格光栅的低应力灵敏度(<2pm/με)的限制而具有较低的氢气灵敏度,一般为0.5-2nm/%(体积比浓度),尽管抛磨布拉格光栅的方法可适当提高灵敏度,但是同时也降低了传感器的机械强度,使之变得脆弱易断。综合来看,当前所常用的氢气传感器或多或少的都存在一定的弊端,如制作成本、环境影响、稳定性等的问题,所以制备简单、成本较低、稳定性高的光纤氢气传感器亟待探索。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足,本技术提出一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器,具有灵敏度高、准确性好、制作简单且结构坚固等优点。本技术所采用的技术方案:一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器,其特征在于:所述传感器由单模光纤一、柚子型光子晶体光纤和单模光纤二依次熔接而成,其中有光子晶体光纤的长度为500-700μm,其两端分别与单模光纤错位连接,错位值为7-10μm,且在光子晶体光纤的侧面有两个微通道,通过微通道向光子晶体光纤纤芯中填充折射率液,再利用紫外胶将通道封住,传感头侧面涂覆有Pt/WO3薄膜,厚度为10-20μm。本技术与现有技术相比的有益效果是:1、本传感器制作简单、结构坚固,表面涂覆的Pt/WO3薄膜较之粉状氢敏材料更加稳定可靠。2、本技术中在柚子型光子晶体光纤两端加工两个微通道,填充折射率液,通过在其侧面涂覆Pt/WO3薄膜,并利用折射率液的热效应,从而达到很高的氢气测量灵敏度。3、本传感器基于马赫-曾德干涉仪原理,结构紧凑,尺寸小。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本技术进一步说明。图1为基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器结构示意图;图2为本技术中所使用的光子晶体光纤的截面图;图中:1.单模光纤一,2.Pt/WO3薄膜,3.光子晶体光纤,4.折射率液,5.紫外胶,6.单模光纤二。具体实施方式图1为该技术的结构示意图,其中单模光纤与光子晶体光纤两端熔接的时候存在7-10μm的错位,在光子晶体光纤的侧面蚀刻两个微通道,使得光子晶体光纤中的一个空气孔与外界相通并填充有折射率液,传感头表面涂覆有Pt/WO3薄膜。应用时,该传感器两端分别与宽带光源和光谱分析仪相连接,将传感头置于待测氢气浓度的空间中,WO3与氢气之间发生放热反应,光子晶体光纤中的折射率液受温度影响,其折射率将发生变化,从而导致该器件的干涉光谱中谐振波长发生漂移。应用光纤光谱仪测量其输出光谱,即可解调出待测氢气的浓度。本技术中使用的光子晶体光纤的长度为500-700μm,其侧面涂覆有Pt/WO3薄膜,厚度为10-20μm。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于光子晶体光纤的马赫‑曾德干涉仪型光纤氢气传感器,包括单模光纤一、光子晶体光纤和单模光纤二三个部分,由它们依次熔接构成,其特征是:光子晶体光纤两端分别与单模光纤错位连接,错位值为7‑10μm,且在光子晶体光纤的侧面有两个微通道,直径为10‑15μm,使得光子晶体光纤中的一个空气孔与外界相通,并且该空气孔内部填充有折射率液,其侧面涂覆有氢敏感材料Pt/WO3薄膜,其厚度为10‑20μm。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉仪型光纤氢气传感器,包括单模光纤一、光子晶体光纤和单模光纤二三个部分,由它们依次熔接构成,其特征是:光子晶体光纤两端分别与单模光纤错位连接,错位值为7-10μm,且在光子晶体光纤的侧面有两个微通道,直径为10-15μm,使得光子...

【专利技术属性】
技术研发人员:常冉徐贲赵锋平
申请(专利权)人:中国计量大学
类型:新型
国别省市:浙江,33

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