本发明专利技术涉及一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器及其检测装置。传统的传感方案都是基于透射谱的分析，对检测的气体没有特异性的选择，结构不够紧凑。本发明专利技术中的气体传感器由一段单模光纤和一段微结构光纤组成，其上分别刻蚀有布拉格光栅，利用该传感器进行检测的装置包括光环形器、宽带光源和光谱仪，宽带光源发出的光经光环形器输入至传感器，由传感器反射后进入光谱仪进行分析，这样就可以得到待检气体的浓度。本发明专利技术具有结构简单实用、对气体识别具有特异性、抗干扰性好、适宜复杂条件、适用于远程分布式传感等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感领域，涉及一种能够检测气体浓度的微结构光纤布拉格光栅传感器，以及利用该传感器进行气体检测的装置。
技术介绍
在工业安全生产、环境质量与污染监测方面，气体检测已成为了一项十分重要的内容。特别是在恶劣或危险环境下，实现远程实时在线监测的需求，更是迫切和广泛。光纤型传感器由于其自身制作简单、抗电磁干扰、寿命长等特点，从上个世纪90年代以来，就广泛应用于气体传感领域，发展出了很多——例如CO，C02，CH4, C2H2等光纤气体传感器。光学式的气体传感器中，常用的检测原理有光谱吸收型，荧光型，光纤化学材料型等。其中光谱吸收法在检测气体浓度方面应用最为广泛，其原理是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光源一致性。采用这一方法检测气体浓度，必须要配备样品池来盛放气体，这就对光路的耦合提出了更高的要求，并影响到整个系统的小型化和封装性，很大程度上制约了其与光纤技术的结合。微结构光纤的出现，很好的解决了上述问题。其独特的空气孔设计，为气体和液体提供了很好的通道。在微结构光纤的孔内，物质和光的倏逝场相互作用，从而对输出光的特性产生一定影响。通过分析输出信号与输入信号之间的变化，便能够得到孔内物质的一些特性° "Design and modeling of a photonic crystal fiber gas sensor，，(Yeuk L. Hoo, Wei Jin, Chunzheng Shi, Hoi L. Ho, Dong N. Wang, and Shuang C. Ruan, App 1. Opt., Vol. 42，Issue 18，pp. 3509-3515 (2003)) —文中就提出了利用光子晶体光纤制作基于倏逝波传感的全光纤气体传感器，并建立了理论模型，分析和计算了传感器灵敏度和响应时间与微结构光纤参数的关系。之后CN2006100U988. 9空芯光子晶体光纤气体传感器的专利，提出了利用空芯光子晶体光纤作为气室的具体结构，很好地解决了基于光谱吸收原理的光纤气体传感器系统装置比较复杂、吸收光程不易控制、光耦合损耗较大等问题。但是这些传感方案都是基于透射谱的分析，并且对检测的气体没有特异性的选择，结构也不够紧凑，通常包含了一些电子器件，这些都在一定程度上，降低了其实用性。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对现有技术的不足，提出一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器以及利用该光纤所组成的气体浓度检测装置。本专利技术的基本构思是利用微结构光纤作为气室，并在其上刻写光纤布拉格光栅 (FBG)，利用MOFBG作为波长选择性反射镜，形成全光纤的反射式气体传感器。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器，包括一段单模光纤和一段微结构光纤，单模光纤的一端与微结构光纤的一端熔接在一起，单模光纤的另一端作为传感器的输入/输出端。3所述的单模光纤的纤芯上刻蚀有波长为~的布拉格光栅，微结构光纤的纤芯上刻蚀有波长为的布拉格光栅。所述的λ『波长远离待测气体吸收峰所对应的波长，所述的^波长覆盖待测气体吸收峰所对应的波长。一种气体浓度检测装置，包括微结构光纤布拉格光栅气体传感器、光环形器、宽带光源和光谱仪；光环形器的1端口与宽带光源的输出口光连接，光环形器的3端口与光谱仪的输入口光连接，光环形器的2端口与微结构光纤布拉格光栅气体传感器的输入/输出端。一种气体浓度检测装置，包括微结构光纤布拉格光栅气体传感器、光环形器、耦合器、光谱仪、激光泵浦光源和宽带光源；激光泵浦光源的输出口与耦合器的一个输入端口光连接，宽带光源的输出口与耦合器的另一个输入端口光连接，耦合器的输出口与光环形器的1端口光连接，光谱仪的输入口与光环形器的3端口光连接，微结构光纤布拉格光栅气体传感器的输入/输出端与光环形器的2端口光连接；所述的微结构光纤布拉格光栅气体传感器中的微结构光纤段的芯层上掺杂有钴金属。本专利技术主要具有结构简单实用(反射式结构)、对气体识别具有特异性、抗干扰性好、适宜复杂条件、适用于远程分布式传感等优点。附图说明图1为本专利技术所用的微结构光纤横截面示意图2为本专利技术中微结构光纤布拉格光栅气体传感器的结构示意图； 图3为采用被动式方案进行气体检测的系统示意图； 图4为采用主动式方案进行气体检测的系统示意图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。微结构光纤根据导光机理的不同，分为全反射型和光子带隙型两种。由于结构的不同，光波倏逝场在孔内的能量分布也不一样。一般的，全反射型光纤光子晶体孔内的倏逝场能量大约占总能量的10% 40%。为了实现光栅的刻写，并保证孔内有很强的倏逝场，选择类似图1所示的全反射型微结构光纤作为气室。这种光纤结构具有很强的倏逝场，能提高检测的灵敏度。如图2所示，在单模光纤1和微结构光纤3上分别制作两个布拉格光栅2和4，对应的反射波长分别为Ar和4且光栅4的长度为12 ,在Ar附近待测气体没有明显的吸收峰，此波长反射回来的信号用作参考信号。I覆盖待测气体的某一吸收峰，用于探测气体的吸收。然后将微结构光纤3和单模光纤1熔接，控制熔接点到光栅4的距离SL1 ,这样总的气室长度为L= L1+ L2/2,到此传感器部分的制作就完成了。 在微结构光纤上刻写布拉格光栅后，可利用光栅的波长选择性并结合气体吸收特征谱线，实现对特定气体的浓度检测。根据比尔朗伯吸收定律和倏逝波传感的特点，从该微结构光纤布拉格光栅反射的信号强度&可以表示如下权利要求1.一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器，包括一段单模光纤和一段微结构光纤，其特征在于单模光纤的一端与微结构光纤的一端熔接在一起，单模光纤的另一端作为传感器的输入/输出端；所述的单模光纤的纤芯上刻蚀有波长为At的布拉格光栅，微结构光纤的纤芯上刻蚀有波长为A3的布拉格光栅；所述的Ar波长远离待测气体吸收峰所对应的波长，所述的^波长覆盖待测气体吸收峰所对应的波长。2.一种气体浓度检测装置，包括如权利要求1所述的微结构光纤布拉格光栅气体传感器、光环形器、宽带光源和光谱仪，其特征在于光环形器的1端口与宽带光源的输出口光连接，光环形器的3端口与光谱仪的输入口光连接，光环形器的2端口与微结构光纤布拉格光栅气体传感器的输入/输出端。3.一种气体浓度检测装置，包括如权利要求1所述的微结构光纤布拉格光栅气体传感器、光环形器、耦合器、光谱仪、激光泵浦光源和宽带光源，其特征在于激光泵浦光源的输出口与耦合器的一个输入端口光连接，宽带光源的输出口与耦合器的另一个输入端口光连接，耦合器的输出口与光环形器的1端口光连接，光谱仪的输入口与光环形器的3端口光连接，微结构光纤布拉格光栅气体传感器的输入/输出端与光环形器的2端口光连接；所述的微结构光纤布拉格光栅气体传感器中的微结构光纤段的芯层上掺杂有钴金属。全文摘要本专利技术涉及一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器及其检测装置。传统的传感方案都是基于透射谱的分析，对检测的气体没有特异性的选择，结构不够紧凑。本专利技术中的气体传感器由一段单模光纤和一段微结构光纤组成，其上分别刻蚀有布拉格光栅，利用该传感器进行检测的装置包括光环形器、宽带光源和光谱仪，宽带光源发出的光经光环形器输入至传感器，由传感器反射后进入光谱仪进行分析，这样就可以得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种微结构光纤布拉格光栅气体传感器，包括一段单模光纤和一段微结构光纤，其特征在于：单模光纤的一端与微结构光纤的一端熔接在一起，单模光纤的另一端作为传感器的输入／输出端；所述的单模光纤的纤芯上刻蚀有波长为的布拉格光栅，微结构光纤的纤芯上刻蚀有波长为的布拉格光栅；所述的波长远离待测气体吸收峰所对应的波长，所述的波长覆盖待测气体吸收峰所对应的波长。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张阿平，严国锋，马桂英，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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