本发明专利技术提出基于空芯光子晶体光纤的反射式气体传感系统。由光源1、环形器2、传感探头3、和光谱解调单元4组成。其特点是光源1发出的光信号首先进入环形器2的端口A，再从环形器2的端口B输出进入传感探头3，当光信号依次经由传感探头3内的单模光纤31、空芯光子晶体光纤32、多模光纤33后，将在多模光纤33尾端的高反射镜34处产生反射，而反射回来的信号又依次经由多模光纤33、空芯光子晶体光纤32、单模光纤31后回入环形器2的端口B，之后由环形器2的端口C输出进入光谱解调单元4进行数据的处理，进而可推算出空芯光子晶体光纤32内的待测气体浓度。本发明专利技术为基于空芯光子晶体光纤气体传感器的远程实时在线监测提供了一种切实可行的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及基于空巧光子晶体光纤的反射式气体传感系统，属于微型光电子器件
技术介绍
近几十年来，伴随着工业的发展，排放的大量有毒有害甚至易燃易爆气体严重 污染了人类的生存环境. AtmosphericElnvironment, 2007, 41(1): 103-118.]。而对某些有毒有害气体，必须要求 能检测到非常低的浓度。因此，实现对痕量气体高准确度、高灵敏度的检测具有非常重大的 意义.Sensorsand ActuatorsB:Qiemical, 2014, 202: 294-300.]。光纤气体传感器具有抗电磁干扰、耐腐 蚀、安全防爆、自身独立性好、易实现远距离传输等显著优势，在气体检测方面得到了良好 的应用，但传统光纤气体传感器的检测灵敏度受到气室有效吸收长度的限制，极大地限制 了其进一步的发展。 空巧光子晶体光纤的包层是由一系列周期性排列的空气孔所形成的光子晶体结 构组成的，由于光子晶体的禁带特性，将特定频率的光局域在纤巧中传播.Journalof Li曲twaveTechnology, 2004. 22(1): 11-15.]。利用空巧光子晶体光纤优异的光学特 性和独特的空气纤巧结构，将其作为气体检测用的气室时，不需要借助光学准直器或高反 射镜等光学等器件，不仅有助于降低光路噪声，同时具有体积小、重量轻、易缠绕和易延长 气体有效吸收路径等显著优点，为设计小型化，高灵敏度，远距离检测的气体传感器提供 了新的思路.Instrumentation Science&Technology, 2011，39(1) :78-87.]。但是，考虑到实际应用，将空巧光子晶体 光纤连入光纤传感系统需要将其与普通光纤进行禪合连接，如果采用传统的烙接技术连接 空巧光子晶体光纤与普通光纤，待测气体将无法进入纤巧内部，虽然利用激光打孔技术在 光子晶体光纤包层上打孔，使待测气体流入纤巧中，但该同时会导致光泄露、增加光的传输 损耗，如果采用机械对准的方法实现空巧光子晶体光纤与普通光纤两者间的禪合，由于两 者之间会留有空隙，可W在实现禪合的同时，方便待测气体流入纤巧中，但该方法对机械结 构的稳定性W及位置的精确度要求很高，必须要设计合理的机械结构，W实现结构简单、性 能稳定、气体填充时间短、禪合效率高的空巧光子晶体光纤测量气室。此外，目前基于空巧 光子晶体光纤的气体传感探头均是透射式的，即光源发出的光从空巧光子晶体光纤的一端 进入，在空巧光子晶体光纤内与待测气体接触作用后，再从另一端透射出去进入信号解调 单元，该种方法的缺点是入射光路和出射光路需要两根光纤，该在实际测量中，不仅会增加 光纤的成本，而且不利用光信号的远传与控制。 基于此，本专利技术提出基于空巧光子晶体光纤的反射式气体传感系统，该探头集光 纤禪合、气体填充、机械固定于一体，具有微型化、高禪合效率、快速填充、长吸收光程长、稳 定性高、可盘绕、可弯曲等优异特性，此外，其独特的反射结构使光在空巧光子晶体光纤气 室中可W往返传播一次，进一步增大了光与气体之间的有效作用距离，灵敏度更高，且易于 实现独立的探头，入射光与反射光共用一根光纤传输，极大地方便了光信号的远传，为基于 空巧光子晶体光纤气体传感器的远程实时在线监测提供了一种切实可行的方法。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 本专利技术的主要目的在于解决空巧光子晶体光纤用于气体传感时存在的关键问题，提出 一种具有高禪合效率、快速气体填充、高稳定性、长吸收光程的反射式气体传感探头。 仁）技术方案 为达到上述目的，本专利技术提出基于空巧光子晶体光纤的反射式气体传感系统，其特征 在于，从光源1发出的光信号首先进入环形器2的端口A，再从环形器2的端口B输出进入 气体测量的传感探头3,该传感探头由单模光纤31、空巧光子晶体光纤32、多模光纤33、高 反射镜34、保护玻璃35、有机玻璃箱36、有机玻璃箱37组成，其中，单模光纤31与空巧光 子晶体光纤32之间的间距为20ym，两者的连接处位于密封的有机玻璃箱36内，空巧光子 晶体光纤32与多模光纤33之间的间距为50ym，两者的连接处位于密封的有机玻璃箱37 内，多模光纤33与高反射镜34直接烙融连接，高反射镜34周围用保护玻璃35包裹起来， 起到保护和防污染的作用，该样，当光信号分别经由单模光纤31、空巧光子晶体光纤32、多 模光纤33后，将在多模光纤33尾端的高反射镜34处产生反射，反射率大于97%，而反射回 来的信号又经多模光纤33、空巧光子晶体光纤32、单模光纤31后回入环形器2的端口B， 之后由环形器2的端口C输出，最后，该个信号将进入后续的光谱解调单元4进行数据的处 理，W推算出空巧光子晶体光纤32内的待测气体浓度。 上述方案中，所述的有机玻璃箱36和有机玻璃箱37均用螺丝固定在一个光学平 台5上，该样不仅可W起到固定传感探头的作用，而且可W根据需要，随时方便地移动整个 传感探头。[000引上述方案中，所述的单模光纤31与空巧光子晶体光纤32的连接端口分别配有裸 纤适配器6和裸纤适配器7,通过陶瓷纤巧8将两个裸纤适配器连接起来，陶瓷纤巧的侧面 开有0. 5mm的缝隙，两个裸纤适配器的主体部分用中间开槽的有机玻璃9夹持，并用螺丝固 定。 上述方案中，所述的多模光纤33与空巧光子晶体光纤32的连接端口分别配有裸 纤适配器10和裸纤适配器11，通过陶瓷纤巧12将两个裸纤适配器连接起来，陶瓷纤巧的侧 面开有0. 5mm的缝隙，两个裸纤适配器的主体部用中间开槽的有机玻璃9夹持，并用螺丝固 定。 上述方案中，所述的有机玻璃箱36和有机玻璃箱37的底部通过一个V型槽13连 接，V型槽13的开口宽度为125ym，可将单模光纤31、空巧光子晶体光纤32、多模光纤33 嵌入在该V型槽内，W防止光纤的弯曲、折断、或随外界的震动而摆动。上述方案中，所述的有机玻璃箱36和有机玻璃箱37的顶端均连接一个外径为 8mm、内径为5mm的有机玻璃管，与有机玻璃箱36相连的有机玻璃管14用作出气口，与有机 玻璃箱37相连的有机玻璃管15用作进气口。[001引 （S)有益效果 从上述技术方案可W看出，本专利技术具有W下有益效果： 1) 本专利技术提出的基于空巧光子晶体光纤的反射式气体传感系统，将光子晶体光纤作 为气室实现全光纤式气体测量，气室长度将不受光纤准直工艺的限制，可极大地提高光与 气体的有效作用距离，进而可提高气体测量的灵敏度； 2) 本专利技术提出的基于空巧光子晶体光纤的反射式气体传感系统，其传感探头集光纤 禪合、气体填充、机械固定于一体，具有微型化、高禪合效率、快速填充、长吸收光程长、稳定 性高、可盘绕、可弯曲等优异特性； 3) 本发当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于空芯光子晶体光纤的反射式气体传感系统，其特征在于：从光源1发出的光信号首先进入环形器2的端口A，再从环形器2的端口B输出进入气体测量的传感探头3，该传感探头由单模光纤31、空芯光子晶体光纤32、多模光纤33、高反射镜34、保护玻璃35、有机玻璃箱36、有机玻璃箱37组成，其中，单模光纤31与空芯光子晶体光纤32之间的间距为20μm，两者的连接处位于密封的有机玻璃箱36内，空芯光子晶体光纤32与多模光纤33之间的间距为50μm，两者的连接处位于密封的有机玻璃箱37内，多模光纤33与高反射镜34直接熔融连接，高反射镜34周围用保护玻璃35包裹起来，起到保护和防污染的作用，这样，当光信号分别经由单模光纤31、空芯光子晶体光纤32、多模光纤33后，将在多模光纤33尾端的高反射镜34处产生反射，而反射回来的信号又经多模光纤33、空芯光子晶体光纤32、单模光纤31后回入环形器2的端口B，之后由环形器2的端口C输出至光谱解调单元4进行数据的处理，进而可推算出空芯光子晶体光纤32内的待测气体浓度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，张亚男，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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