一种全光纤结构的气体泄露检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术所提供的一种全光纤结构的气体泄露检测装置，用于对气体泄漏引起的声波进行感测，包括光信号的发射接收部分、耦合单元、引导光纤和气体泄漏声波收集部分。本发明专利技术使用振动膜片带动引导光纤，改变探测光源的光程，实现气体泄漏信号的外调制，调制光信号经由引导光纤传输至探测器解调，实现对气体泄漏情况的实时监测。设计了一种声波收集装置，能加大振动膜片的中心振幅，大大提高了装置的探测灵敏度。

A Gas Leakage Detection Device with All-Fiber Structure

The invention provides an all-optical fiber structure gas leakage detection device, which is used for sensing acoustic wave caused by gas leakage, including optical signal transmitting and receiving part, coupling unit, guiding optical fiber and gas leakage acoustic wave collecting part. The invention uses the vibration diaphragm to drive the guiding optical fiber, changes the optical path of the detection light source, realizes the external modulation of the gas leakage signal, and transmits the modulated optical signal to the detector for demodulation through the guiding optical fiber to realize the real-time monitoring of the gas leakage situation. A sound wave collecting device is designed, which can increase the central amplitude of the vibration diaphragm and greatly improve the detection sensitivity of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤结构的气体泄露检测装置
本专利技术涉及一种全光纤传感器，特别是全光纤结构的气体泄漏检测装置。
技术介绍
目前市场上常用的传感器是有源装置，容易产生电火花，此类传感器用于监测油气管道或气罐的泄漏情况是很危险的，且常用的传感器不具备良好的抗电磁干扰能力与抗腐蚀能力，适用的场所收到限制。全光纤传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、防水的特性，适用场所更加广泛；全光纤结构的气体泄露检测装置是无源装置，能安全应用于易燃易爆场所，当油气管道或气罐发生泄漏时，产生的声波将引起振动膜片的振动，改变探测光源的光程，从而使探测光源的光强值大小发生改变。气体泄漏所产生的声波强度往往是很微弱的，仅仅能使振动膜片发生微小的振动，使得探测灵敏度不高。本专利技术设计了一种声波收集装置，在声波收集装置里构造了一种放大腔，大大提高了全光纤结构的气体泄漏检测装置的探测灵敏度。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可实现高灵敏度的气体泄漏检测技术。本专利技术所提供的一种全光纤结构的气体泄露检测系统，用于对气体泄漏引起的声波进行感测，所述全光纤结构的气体泄露检测系统包括：光源、三端口环形器、引导光纤、振动膜片、声波收集装置、高反射膜、光电探测器、采集卡；其中：所述光源的输出端与三端口环形器的输入端相连，所述引导光纤的一端与三端口环形器的收发复用端相连，所述引导光纤的另一端为光纤端面，所述引导光纤穿过小号振动膜片的部分与小号振动膜片胶黏在一起，所述光纤探头悬置于声波收集装置中，所述高反射膜镀在声波收集装置中与光纤端面平行的平面上，所述三端口环形器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与采集卡的输入端相连。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍；图1是本专利技术一种全光纤结构的气体泄露检测系统的光路图。附图标记：1、光源；2、三端口环形器；3、引导光纤；光纤端面4、；5、小号振动膜片；6、声波收集装置；7、高反射膜；8、光电探测器；9、采集卡；10、大号振动膜片。具体实施例下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描术，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参见图1，一种全光纤结构的气体泄露检测系统，其结构包括：光源1、三端口环形器2、引导光纤3、光纤端面4、小号振动膜片5、声波收集装置6、高反射膜7、光电探测器8、采集卡9、大号振动膜片10；所述光源的输出端与三端口环形器的输入端相连，所述引导光纤的一端与三端口环形器的收发复用端相连，所述引导光纤的另一端为光纤端面，所述引导光纤穿过小号振动膜片的部分与小号振动膜片胶黏在一起，所述引导光纤部分悬置于声波收集装置中，所述高反射膜镀在声波收集装置中与光纤端面平行的平面上，所述三端口环形器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与采集卡的输入端相连。所述光源1为单波长光源，使用的光纤为渐变折射率多模光纤。所述小号振动膜片5和大号振动膜片10为PET膜，其厚度为0.01mm，直径分别为2mm，4mm；振动膜片制备工艺如下：（1）以苯二甲酸(PTA)和乙二醇（EG）为原料，以离子液体四氟硼l-甲基-3-丁基咪唑([BMIm]BF4/AlCl3)为催化剂，进行酯化反应，生成对生成对苯二甲酸乙二酯(BHET)；（2）使用分液法提取苯二甲酸乙二酯(BHET）；（3）BHET在催化剂Ecocat作用下发生缩聚反应生成PET；（4）使用拉膜工艺产生厚度为0.01mm的PET膜。所述引导光纤3嵌入小号振动膜片5的具体操作方式如下：（1）取一根与引导光纤3同规格的实验光纤，在室温30℃条件下，将浓度为96%的浓硫酸涂抹于实验光纤的光纤端面，然后使附有浓硫酸的光纤端面垂直贴合于小号振动膜片5，重复上述操作多次，直到小号振动膜片5中心出现略大于实验光纤直径的小圆孔。最后使用酒精擦拭小号振动膜片5，去除污染物；（2）使用微量的硅橡胶均匀涂抹于距引导光纤5端面2mm的包层表面，将引导光纤3插入小号振动膜片5的中心小孔，并使得引导光纤3端面距中心小孔2mm，风干硅橡胶，使得引导光纤3固定于小号振动膜片5上。所述高反射膜7为全站仪反射片，厚度为0.8mm。所述声波收集装置6为完全密闭装置，声波入口为扩口梨形，声波通过一个较窄的通道传输至小号震动膜片引起膜片振动。所述的声波收集装置6的器壁用材为轻质抗腐蚀的钛合金，其厚度为1mm，梨型扩口内径为4mm，外径为5mm；圆柱形套筒的内径为2mm，外径为3mm。引导光纤6端面距离高反射膜的距离为0.4mm；圆柱形套筒的高为4.2mm。大号振动膜片10紧贴扩口梨型端面，小号振动膜片5紧贴圆柱形套筒的上端口，构成密闭的声波放大装置；大号振动膜片10用于收集气体泄漏产生的声波能量，声波能量被束缚在装置6中并传输至小号振动膜片5处，引起小号振动膜片5产生振动，随即带动引导光纤3，改变光纤端面4与高反射膜7之间的垂直距离。忽略能量在声波收集装置6中的损耗，由于小号振动膜片5与大号振动膜片10的面积比为1:4，那么两者的中心振幅比为4:1，使得光纤端面5与高反射膜7之间的距离变化更加灵敏。所述采集卡9的采样率为50ks/s。下面将对一种全光纤结构的气体泄露检测系统的工作原理进行详细说明：由所述光源1所输出的连续光通过三端口环形器2注入引导光纤3中，连续光通过引导光纤3进入光纤端面4，光纤端面4的出射光传输至高反射膜7，反射光回到光纤端面4并被引导光纤3接收，反射光通过三端口环形器2的输出端进入光电探测器8转换为电信号，随后由采集卡9采集。当外界发生气体泄漏时，由气体泄漏产生的声波信号被声波收集装置6的大号振动膜片10收集，声波信号随后通过一段较窄的管道传输至小号振动膜片5，小号振动膜片5在声波的作用下发生形变并带动胶黏着的引导光纤3发生位移，反射光的强度随引导光纤3的位移发生改变，即反射光强度被声波信号调制，光强调制函数关系式为：式中I(z)为接收光纤终端所探测到的光强；z为渐变折射率多模光纤端面4与高反射膜7之间的垂直距离；I0为由光源耦合入发射光纤中的光强，R为高反射膜7的反射率，其值为0.95；σ为一表征光纤折射率分布的相关参数；a0为关纤芯半径,对于渐变折射率多模关纤4，a0=25um；ζ为与光源种类及光源跟光纤耦合情况相关的调制参数；θc为渐变形光纤准直器4的最大出射,θc=16°。通过处理采集卡9采集到的反射光强度信号就能得到声波的振动信息，包括强度信息和频率信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于包括：光源1、三端口环形器2、引导光纤3、光纤端面4、小号振动膜片5、声波收集装置6、高反射膜7、光电探测器8、采集卡9，大号振动膜片10；其中：所述光源1的输出端与三端口环形器2的输入端相连，所述引导光纤3的一端与三端口环形器2的收发复用端相连，所述引导光纤3的另一端与光纤端面4相连，所述引导光纤3穿过小号振动膜片5的部分与小号振动膜片5胶黏在一起，所述引导光纤3的步伐悬置于声波收集装置6中，所述高反射膜7镀在声波收集装置6中与光纤端面4平行的平面上，所述三端口环形器2的输出端与光电探测器8的输入端相连，所述光电探测器8的输出端与采集卡9的输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于包括：光源1、三端口环形器2、引导光纤3、光纤端面4、小号振动膜片5、声波收集装置6、高反射膜7、光电探测器8、采集卡9，大号振动膜片10；其中：所述光源1的输出端与三端口环形器2的输入端相连，所述引导光纤3的一端与三端口环形器2的收发复用端相连，所述引导光纤3的另一端与光纤端面4相连，所述引导光纤3穿过小号振动膜片5的部分与小号振动膜片5胶黏在一起，所述引导光纤3的步伐悬置于声波收集装置6中，所述高反射膜7镀在声波收集装置6中与光纤端面4平行的平面上，所述三端口环形器2的输出端与光电探测器8的输入端相连，所述光电探测器8的输出端与采集卡9的输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于：所述光源1为单波长光源，使用的光纤为渐变折射率多模光纤。3.根据权利要求1所述的一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于：所述小号振动膜片5和大号振动膜片10为PET膜，其厚度为0.01mm，直径分别为2mm，4mm。4.根据权利要求1所述的一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于：所述的引导光纤3嵌入小号振动膜片5的方式。5.根据权利要求1所述的一种全光纤结构的气体泄露检测装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何茜，蒋恒，刘嵘，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43