一种光纤氢气传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种光纤氢气传感器，主要包括DFB激光器等，DFB激光器的电控制端与控制与信号处理电路连接，DFB激光器的光输出端与光纤合束器的一个输入端连接，光纤合束器的另一个输入端与光探测器的光输入端连接，光纤合束器的输出端与光纤氢气传感探头连接，光探测器的电输出端和控制与信号处理电路连接，光纤氢气传感探头为一定厚度的双面抛光石英片，一面生长一定厚度的金属钯薄膜，另一面生长具有一定反射率的反射薄膜，并将反射薄膜与光纤准直器连接固定形成。本发明专利技术采用以可调谐半导体激光扫频技术对传感探头返回的氢气敏感反射光谱进行测量的检测方法，氢气探测灵敏精准，信号探测处理方法及系统构成简单，抗干扰能力突出，具有工程实用价值。

A Fiber Optic Hydrogen Sensor

The invention discloses an optical fiber hydrogen sensor, which mainly includes a DFB laser, an electric control terminal of the DFB laser and a signal processing circuit, an optical output terminal of the DFB laser and an input terminal of the optical fiber combiner, another input terminal of the optical fiber combiner and an optical input terminal of the optical detector, and an output terminal of the optical fiber combiner and an optical fiber hydrogen sensing probe. Then, the output terminal and control of the photodetector are connected with the signal processing circuit. The optical fiber hydrogen sensor is a double-sided polished quartz sheet with a certain thickness. On one side, a certain thickness of palladium film is grown, on the other side, a reflective film with a certain reflectivity is grown, and the reflective film is fixed to the optical fiber collimator. The invention adopts tunable semiconductor laser frequency sweeping technology to measure the hydrogen sensitive reflection spectrum returned by the sensor probe. The hydrogen detection is sensitive and accurate, the signal detection and processing method and the system are simple, and the anti-interference ability is outstanding, which has engineering practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤氢气传感器
本专利技术涉及光纤气体传感技术的领域，具体涉及一种光纤氢气传感器。
技术介绍
氢气作为一种清洁的高能燃料和重要的还原性气体，在航空航天、军事国防、冶金化工、绿色能源等领域应用广泛，然而易燃易爆的性质给氢气的存储与使用带来了严重的安全隐患。基于电化学或半导体电导率的传统氢气传感器，工作中可能产生电火花，容易形成巨大的安全隐患，并且其易受电磁干扰，因而很难适用于复杂环境。因此研究一种安全、快速、灵敏的氢气检测方法对科学研究与应用均具有重要意义。光纤氢气传感器具有灵敏度高、响应速度快、安全性好、抗电磁干扰强、结构简单布放灵活等优点，目前的光纤氢气传感器大多采用强度测量、光谱、相位测量等信号检测方案，其中基于光信号强度检测的氢气传感器主要通过测量传感光信号的强度值实现浓度的测量，该类传感器构架简单，传感探头结构灵巧，但其抗干扰性能力较弱，易受光源强度扰动及环境振动等因素的影响；基于光谱检测的氢气传感器通过测量传感光谱对氢气浓度进行测量，性能稳定，抗干扰能力强，典型的传感结构有光纤光栅型、表面等离激元共振型等，但传感系统需由光谱分析仪器等设备构成，系统较为庞大、复杂，且价格相对昂贵；相位调制型氢气传感器是以光纤或集成光波导组成干涉仪，通过检测光信号的相位变化实现氢气浓度的测量，具有高的探测灵敏度，但对光源器件以及系统结构的稳定性等要求较高。因此实现一种传感探头结构灵巧，氢气探测灵敏精准，信号探测处理方法及系统构成简单，抗干扰能力突出，成本低廉的光纤氢气传感器具有重要的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种光纤氢气传感器。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的：这种光纤氢气传感器，主要包括DFB激光器、光纤合束器、光纤氢气传感探头、光探测器、控制与信号处理电路、光纤准直器、反射薄膜、双面抛光石英片、金属钯薄膜，DFB激光器的电控制端与控制与信号处理电路连接，DFB激光器的光输出端与光纤合束器的一个输入端连接，光纤合束器的另一个输入端与光探测器的光输入端连接，光纤合束器的输出端与光纤氢气传感探头连接，光探测器的电输出端和控制与信号处理电路连接，光纤氢气传感探头为一定厚度的双面抛光石英片，一面生长一定厚度的金属钯薄膜，另一面生长具有一定反射率的反射薄膜，并将反射薄膜与光纤准直器连接固定形成。光纤氢气传感探头是由光纤准直器与反射面之一为金属钯薄膜的高精细度标准具连接构成，用于产生强度随氢气浓度变化的干涉相消反射谱。DFB激光器在控制与信号处理电路的控制下实现输出光波长的扫描，光探测器及控制与信号处理器实现扫描光信号的探测与处理。所述DFB激光器在控制与信号处理电路的驱动控制下工作，驱动控制包括温度恒定控制以及出射光波长的扫描控制。所述控制与信号处理电路向DFB激光器输出的波长扫描控制信号是低频三角波与高频正弦波的叠加信号，其中低频三角波是实现DFB激光器的出射光波长对光纤氢气传感探头的干涉相消反射谱进行扫描，高频正弦波用于产生频率调制信号。所述控制与信号处理电路通过锁相处理方法对探测信号的频谱特征进行分析，获得探测信号中与频率调制信号相关的零次、一次、二次谐波信号成分，采用将二次谐波信号与零次、一次谐波信号强度对比运算方法，计算出氢气浓度。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的传感探头结构灵巧，氢气探测灵敏精准，信号探测处理方法及系统构成简单，抗干扰能力突出，成本低廉。2、本专利技术采用由光纤准直器与反射面之一为金属钯薄膜的高精细度标准具连接的探头结构形式，探头结构灵巧。3、本专利技术采用以可调谐半导体激光扫频技术对传感探头返回的氢气敏感反射光谱进行测量的检测方法，氢气探测灵敏精准，信号探测处理方法及系统构成简单，抗干扰能力突出，具有工程实用价值。附图说明图1为本专利技术的系统框图。图2为本专利技术的光纤氢气传感探头结构示意图。附图标记说明：DFB激光器11、光纤合束器12、光纤氢气传感探头13、光探测器14、控制与信号处理电路15、光纤准直器21、反射薄膜22、双面抛光石英片23、金属钯薄膜24。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细的介绍：实施例：如附图所示，这种光纤氢气传感器，主要包括DFB激光器11、光纤合束器12、光纤氢气传感探头13、光探测器14、控制与信号处理电路15、光纤准直器21、反射薄膜22、双面抛光石英片23、金属钯薄膜24，DFB激光器11的电控制端与控制与信号处理电路15连接，DFB激光器11的光输出端与光纤合束器12的一个输入端连接，光纤合束器12的另一个输入端与光探测器14的光输入端连接，光纤合束器12的输出端与光纤氢气传感探头13连接，光探测器14的电输出端和控制与信号处理电路15连接，光纤氢气传感探头13为一定厚度的双面抛光石英片23，一面生长一定厚度的金属钯薄膜24，另一面生长具有一定反射率的反射薄膜22，并将反射薄膜22与光纤准直器21连接固定形成。光纤氢气传感探头13是由光纤准直器21与反射面之一为金属钯薄膜24的高精细度标准具连接构成，用于产生强度随氢气浓度变化的干涉相消反射谱。DFB激光器11在控制与信号处理电路15的控制下实现输出光波长的扫描，光探测器14及控制与信号处理电路15实现扫描光信号的探测与处理。所述DFB激光器11在控制与信号处理电路15的驱动控制下工作，驱动控制包括温度恒定控制以及出射光波长的扫描控制。所述控制与信号处理电路15向DFB激光器11输出的波长扫描控制信号是低频三角波与高频正弦波的叠加信号，以驱动控制DFB激光器11工作，其中低频三角波是实现DFB激光器11的出射光波长对光纤氢气传感探头13的干涉相消反射谱进行扫描，高频正弦波用于产生频率调制信号。所述控制与信号处理电路15通过锁相处理方法对探测信号的频谱特征进行分析，获得探测信号中与频率调制信号相关的零次、一次、二次谐波信号成分，采用将二次谐波信号与零次、一次谐波信号强度对比运算方法，计算出氢气浓度。通过对各谐波成分强度的分析与比较，进而精准获得氢气浓度，并达到消除光源强度波动、环境扰动等影响的效果。本专利技术利用了以金属钯薄膜24为反射面之一的FP干涉仪具有强度随氢气浓度变化的干涉相消反射谱的特点，采用可调谐半导体激光扫频技术对干涉相消反射谱强度进行测量，从而实现氢气浓度的灵敏检测。可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本专利技术的技术方案及专利技术构思加以等同替换或改变都应属于本专利技术所附的权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤氢气传感器，其特征在于：主要包括DFB激光器(11)、光纤合束器(12)、光纤氢气传感探头(13)、光探测器(14)、控制与信号处理电路(15)、光纤准直器(21)、反射薄膜(22)、双面抛光石英片(23)、金属钯薄膜(24)，DFB激光器(11)的电控制端与控制与信号处理电路(15)连接，DFB激光器(11)的光输出端与光纤合束器(12)的一个输入端连接，光纤合束器(12)的另一个输入端与光探测器(14)的光输入端连接，光纤合束器(12)的输出端与光纤氢气传感探头(13)连接，光探测器(14)的电输出端和控制与信号处理电路(15)连接，光纤氢气传感探头(13)为一定厚度的双面抛光石英片(23)，一面生长一定厚度的金属钯薄膜(24)，另一面生长具有一定反射率的反射薄膜(22)，并将反射薄膜(22)与光纤准直器(21)连接固定形成。

【技术特征摘要】
1.一种光纤氢气传感器，其特征在于：主要包括DFB激光器(11)、光纤合束器(12)、光纤氢气传感探头(13)、光探测器(14)、控制与信号处理电路(15)、光纤准直器(21)、反射薄膜(22)、双面抛光石英片(23)、金属钯薄膜(24)，DFB激光器(11)的电控制端与控制与信号处理电路(15)连接，DFB激光器(11)的光输出端与光纤合束器(12)的一个输入端连接，光纤合束器(12)的另一个输入端与光探测器(14)的光输入端连接，光纤合束器(12)的输出端与光纤氢气传感探头(13)连接，光探测器(14)的电输出端和控制与信号处理电路(15)连接，光纤氢气传感探头(13)为一定厚度的双面抛光石英片(23)，一面生长一定厚度的金属钯薄膜(24)，另一面生长具有一定反射率的反射薄膜(22)，并将反射薄膜(22)与光纤准直器(21)连接固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝凤欢，刘鹏飞，李博，葛辉良，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33