一种基于光纤微腔双F‑P游标放大氢气传感器的自标定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于光纤微腔双F‑P游标放大氢气传感器的自标定装置，其特征在于包括宽带光源、光谱分析仪、3dB耦合器、单模光纤、双F‑P氢气传感模块；双F‑P氢气传感模块由空芯光纤、多模光纤熔接形成；其中空芯光纤构成第一F‑P光纤微腔；多模光纤外表面镀有银膜，银/钯复合膜，构成第二F‑P光纤微腔。第一F‑P光纤微腔作为“基标尺”，提供一系列基准线，第二F‑P光纤微腔作为“游标尺”，用于感应待测量；当氢气浓度增加，银/钯复合膜体积发生膨胀，导致干涉谱移动，检测干涉波长的变化就可以得到氢气的浓度。针对现有光纤氢气传感器零基漂移的问题，提出了一种精度高，感应量程大的基于光纤微腔双F‑P游标放大氢气传感器的自标定装置。

A self calibration device of fiber micro cavity double F P hydrogen sensor based on vernier amplifier

The utility model relates to a self calibration device of fiber micro cavity double F P hydrogen sensor based on vernier amplification, characterized in that it comprises a broadband light source, spectrum analyzer, 3dB coupler, single-mode fiber, double F P hydrogen sensor module; double F P hydrogen sensor module is composed of a hollow core optical fiber and multimode fiber splicing form the hollow core fiber; a first F P optical fiber micro cavity; multimode fiber coated with silver film, silver / palladium composite membrane, composed of second F P optical fiber micro cavity. The first F P optical fiber micro cavity as the \ruler\, provides a series of datum line, second F P fiber micro cavity as a \vernier\ for induction to be measured; when the hydrogen concentration increases, the silver / palladium composite membrane volume expansion, resulting in interference spectrum of mobile, concentration change detection on interference wavelength hydrogen can be obtained. In view of the existing optical fiber hydrogen sensor zero drift problem, put forward a kind of high precision, large range of induction based on self calibration device of fiber micro cavity double F P cursor amplification hydrogen sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置
本技术属于光纤传感
，特别涉及一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置。
技术介绍
随着我国经济的高速发展，能源的需求与日俱增。而现在所使用的石油、煤炭等能源都是不可再生资源。同时，这些能源的使用会排放出大量的二氧化碳和温室气体，对环境危害大。氢能是一种无污染，储量大，热值高的清洁能源，是保障能源安全的永久性战略。但是，由于氢气分子量小，容易泄露，在生产，储存，运输，使用中存在很多安全隐患。因此，氢能在存储和使用过程中必须对其进行监测。现有的氢气传感器有催化式、热导式、电化学式、光学式等几大类产品。然而目前还没有任何一种氢气传感器能完全满足所有的市场要求。面对未来氢能市场的巨大需求，不断提升传感器的灵敏度、选择性、响应时间和稳定性一直是氢气传感技术的热点和难点。光纤传感器兴起于八十年代，因其具有良好的实时性，具有较高的灵敏度等特点已经广泛应用于各个邻域，特别是受环境温湿度影响小，体积小，重量轻，是无源器件，不产生火花，本质安全这些特点，光纤传感技术在氢气检测领域引起广泛关注。目前，常见的光纤氢气传感器的类型主要有光纤干涉型、微透镜型、倏逝场型和布拉格光栅型等。钯因为其对氢气有很好的选择性、透过性和吸收性而普遍被用作光学氢气传感中。当氢气遇到钯时，氢气能够在钯表面离解为氢原子，通过扩散进入钯体内。当环境中的氢气浓度降低时钯中的氢又会结合成氢气脱附，该反应为可逆反应。但是在一些特殊场合，光纤氢气传感器仍存在一些不足，例如没有基准线，会出现零基漂移，测量精度不高；钯膜容易开裂导致测量范围小，探测灵敏度不高等问题。针对上述光纤氢气传感器中所存在的不足，解决零漂问题，实现对氢气的高精度检测。本技术提出了一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置，这种装置选取双F-P干涉腔中一组干涉峰作为自标定线，解决零漂的问题，充分利用了光纤微腔所形成的双F-P干涉结构，实现游标放大效应，结合具有高稳定性的银钯合金膜实现对氢气的高精度检测。根据此装置所制做的光纤传感器具有感应氢气量程大，选择性好，精度高，响应时间短，重复性好，抗温度干扰等优点。
技术实现思路
本技术提供了一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置，以解决光纤氢气传感器普遍存在的零基漂移问题。本技术为解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置，由宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、3dB耦合器(3)、单模光纤(4)、双F-P氢气传感模块(5)组成，其特征在于：所述双F-P氢气传感模块(5)由空芯光纤(6)、多模光纤(7)熔接而成；其中空芯光纤(6)构成第一F-P光纤微腔(10)；多模光纤(7)构成第二F-P光纤微腔(11)，外表面镀有银膜(8)，银/钯复合膜(9)；3dB耦合器(3)一侧的两个端口分别与宽带光源(1)，光谱分析仪(2)相连，3dB耦合器(3)另一侧的端口通过单模光纤(4)与双F-P氢气传感模块(5)相连；光谱分析仪(2)作为信号解调部分；空芯光纤(6)、多模光纤(7)的长度差为5μm～50μm，银膜(8)的厚度应为2nm～10nm，银/钯复合膜(9)的厚度应为10nm～40nm。本技术的有益效果为：本技术选取双F-P干涉腔中一组干涉峰作为自标定线，解决零漂的问题，充分利用了光纤微腔所形成的双F-P干涉结构，实现游标放大效应，结合具有高稳定性的银钯合金膜实现对氢气的高精度检测。根据此装置所制做的光纤传感器具有感应氢气量程大，选择性好，精度高，响应时间短，重复性好，抗温度干扰等优点。附图说明图1为本技术的装置结构示意图。图2为本技术的双F-P氢气传感模块(5)的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步描述。参见附图1，一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置，包括宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、3dB耦合器(3)、单模光纤(4)、双F-P氢气传感模块(5)；所述双F-P氢气传感模块(5)由空芯光纤(6)、多模光纤(7)熔接而成；其中空芯光纤(6)构成第一F-P光纤微腔(10)；多模光纤(7)构成第二F-P光纤微腔(11)，外表面镀有银膜(8)，银/钯复合膜(9)；3dB耦合器(3)一侧的两个端口分别与宽带光源(1)，光谱分析仪(2)相连，3dB耦合器(3)另一侧的端口通过单模光纤(4)与双F-P氢气传感模块(5)相连；光谱分析仪(2)作为信号解调部分。本技术的工作方式为：宽带光源(1)产生信号光，由单模光纤(4)输入到3dB耦合器(3)，3dB耦合器(3)将信号光通过单模光纤(4)输入到双F-P氢气传感模块(5)在端面反射，反射光经过单模光纤(4)，通过3dB耦合器(3)与宽带光源(1)相连接侧的另一端口相干输出到光谱分析仪(2)。第一F-P光纤微腔(10)外无氢气敏感膜，作为自标定技术“双标尺”中稳定的“基标尺”，为自标定技术提供一系列基准线，第二F-P光纤微腔(11)外表镀有银膜(8)，银/钯复合膜(9)，作为“游标尺”，用于感应待测量，可随待测量移动；这时的光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器具有自标定功能。第一F-P光纤微腔(10)与第二F-P光纤微腔(11)分别对应于游标卡尺里面的标尺和游尺，所以双F-P氢气传感模块(5)由于游标放大效应，能实现对氢气的高精度测量；当氢气浓度增加，银/钯复合膜(9)吸收氢后，体积发生膨胀，从而对第二F-P光纤微腔(11)施加轴向的应力，改变光纤干涉仪相位，导致光纤传感头干涉谱移动；第一F-P光纤微腔(10)无氢气敏感膜，微腔有效长度不变，为实验提供“基线”；利用光谱分析仪(2)检测干涉波长的变化就可以得到氢气的浓度。该装置能够实现一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置的关键技术有：选取双F-P干涉腔中一个无氢气敏感膜的F-P光纤微腔作为自标定装置“双标尺”中的“基标尺”，为自标定技术提供一系列基准线，从而获得一个稳定的“基标尺”，另一个镀有银膜，银/钯复合膜的F-P光纤微腔作为“游标尺”，用于感应待测量，可随待测量移动，以此解决零漂的问题；利用了光纤微腔所形成的双F-P干涉结构，选取了两段等效腔长不同的F-P光纤微腔，实现游标放大效应；结合具有高稳定性的银钯合金膜，通过多次交替溅射，提高膜与光纤传感头的结合力，实现对氢气的高精度检测。根据此装置所研制的光纤传感器具有感应氢气量程大，选择性好，精度高，响应时间短，重复性好，抗温度干扰等优点。本技术的一个具体实施例中，光源的输出波长为1200nm～1650nm；光谱仪的工作波长覆盖范围为1200nm～1650nm；单模光纤用的是常规单模光纤(G.625)，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm，多模光纤用的是渐变折射率多模光纤，纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，空芯光纤用的是石英毛细管(TSP075150)，外径为150μm，内径为75μm，涂层为12μm；空芯光纤和多模光纤的长度分别为200μm和215μm，长度差为15μm；银膜厚度为5nm，银/钯复合膜厚度为30nm(银和钯的比例约为1∶3)，在氢气浓度在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤微腔双F‑P游标放大氢气传感器的自标定装置，由宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、3dB耦合器(3)、单模光纤(4)、双F‑P氢气传感模块(5)组成，其特征在于：双F‑P氢气传感模块(5)由空芯光纤(6)、多模光纤(7)熔接而成；其中空芯光纤(6)构成第一F‑P光纤微腔(10)；多模光纤(7)构成第二F‑P光纤微腔(11)，外表面镀有银膜(8)，银/钯复合膜(9)；3dB耦合器(3)一侧的两个端口分别与宽带光源(1)，光谱分析仪(2)相连，3dB耦合器(3)另一侧的端口通过单模光纤(4)与双F‑P氢气传感模块(5)相连；光谱分析仪(2)作为信号解调部分；空芯光纤(6)、多模光纤(7)的长度差为5μm～50μm，银膜(8)的厚度应为2nm～10nm，银/钯复合膜(9)的厚度应为10nm～40nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤微腔双F-P游标放大氢气传感器的自标定装置，由宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、3dB耦合器(3)、单模光纤(4)、双F-P氢气传感模块(5)组成，其特征在于：双F-P氢气传感模块(5)由空芯光纤(6)、多模光纤(7)熔接而成；其中空芯光纤(6)构成第一F-P光纤微腔(10)；多模光纤(7)构成第二F-P光纤微腔(11)，外表面镀有银膜(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春柳，李翌娜，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33