压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器制造技术

本发明专利技术是一种压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器，其由宽波段光源、光谱分析仪器、回光导光光纤、第一导光光纤，光纤耦合器、第二导光光纤和传感光纤探头组成，在传感光纤探头上加工有对被测液体、气体温度进行检测的温度腔、对被测液体、气体压强进行检测的压力腔以及对被测液体、气体组分浓度进行检测的组分浓度腔，温度腔和压力腔中设置有反射波长不同的布拉格光纤光栅，通过检测各布拉格光纤光栅反射波长的变化测得被测液体或气体的温度及压强信息。在组分浓度腔中的光纤段上加工有消逝场传感区，利用消逝场与被测液体、气体的相互作用，通过监测光纤中相应波长段光强的衰减程度得到被测液体、气体组分浓度的大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤生化传感器
，涉及用于能源化工、环境监控和工业生产等领域的光纤传感器的制作，具体涉及一种可以同时对被测液体、气体的压强、温度和组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器。
技术介绍
实时检测液体、气体的压强、温度以及组分浓度等参数信息在工业生产、环境监控、能源开采等领域具有重要的意义。例如在天然气输送过程中需要对天然气的压强、温度以及H2S等有毒气体的组分浓度进行实时监控；在石油开采过程中需要对井内流体的温度、压强以及组分浓度进行检测；在煤矿开采过程中需要对矿井内的气体压强、温度以及可燃性气体的组分浓度进行实时监控；在表面处理工业过程中需要对处理液的压强、温度和组分浓度进行实时检测等。传统的检测方法多是针对某一特定的检测量，选择某一特定的传感器系统进行检测。例如在检测液体、气体的压强时会专门使用一套传感器系统，而对被测液体、气体的温度和组分浓度进行检测时又会选择另外两套独立的传感器系统。当需要对被测液体、气体的压强、温度和浓度等参数进行整体分析时，需要这三套传感器系统都得到各自的测量结果并汇总后才可以进行分析。这种检测方法一方面增加了检测成本并导致传感器系统的布置复杂。另一方面因为各传感器系统的作用原理以及在被测液体、气体中的布置方式不同而导致各传感器系统的误差不同，且各个测量结果之间的相关性较小，在对这些检测量进行整体分析时易产生系统误差，造成分析结果的精度下降。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中进行多参数测量时遇到的问题，本专利技术的目的是提供一种可对被测液体、气体的温度、压强以及组分浓度等信息进行同时检测的多态气液光纤传感器。在此光纤传感器中，利用布拉格光纤光栅进行温度和压强的监控，利用光纤消逝场传感原理进行被测液体、气体中各组分浓度的传感，在同一条光纤上既可完成对被测液体、气体的温度、压强以及组分浓度等多参数的同时测量。为了实现所述目的，本专利技术提供的压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器，所述多态气液光纤传感器由宽波段光源、光谱分析仪器、回光导光光纤、第一导光光纤、光纤耦合器、第二导光光纤和传感光纤探头组成，传感光纤探头具有腔壁，腔壁之间固设有多个固定挡板和一个能自由滑动的活动挡板，多个固定挡板与腔壁之间密封连接，多个固定挡板及活动挡板的几何中心钻有孔，且多个固定挡板及活动挡板之间都设有一间隔，并由腔壁与多个固定挡板及活动挡板间分别形成温度腔、组分浓度腔、压力腔和压力调节腔；温度腔、组分浓度腔、压力腔和压力调节腔设置在腔壁的中心线上；组分浓度腔和压力腔的腔壁上钻有连通孔，待测物质通过连通孔进入相应腔体内，压力调节腔的腔壁上有抽气孔，抽气孔中安装有密封盖，所述第二导光光纤包括第一光纤段、第二光纤段、第三光纤段和第四光纤段；在第一光纤段上设置有第一布拉格光纤光栅，第一布拉格光纤光栅对被测液体、气体的温度进行检测，第一光纤段在温度腔内留出一部分光纤形成第一富余光纤；在第二光纤段上设置有消逝场传感区，消逝场传感区对被测液体、气体组分浓度进行检测；在第三光纤段上设置第二布拉格光纤光栅，第二布拉格光纤光栅对被测液体、气体的压强进行检测；第四光纤段分布在压力调节腔内，其长度大于压力调节腔的长度，并形成第二富余光纤，第二富余光纤能使活动挡板在沿腔壁产生位移时不受第四光纤段的拉力影响，保证自由活动。优选实施例温度腔内布置有第一光纤段，其上设置有第一布拉格光纤光栅，并形成第一富余光纤，第一富余光纤能让第一布拉格光纤光栅处于一个不受外力作用的状态; 第一光纤段的两端分别用两个固定密封圈密封固定在温度腔的两个固定挡板上，密封固定光纤能防止第一光纤段滑动产生外力变形影响测量结果，并阻止被测液体、气体沿第一光纤段进入温度腔中。优选实施例所述组分浓度腔中设置有第二光纤段，第二光纤段用两个固定密封圈密封固定在组分浓度腔的两固定挡板上，用固定密封圈固定能防止第二光纤段滑动，并阻止被测液体、气体沿第二光纤段进入温度腔，第二光纤段在组分浓度腔中处于一种没有应变变形的自由状态。优选实施例在压力腔中设置有第三光纤段，其上加工有第二布拉格光纤光栅，第三光纤段用两个固定密封圈固定密封在压力腔的两固定挡板上，上位板固定安装在靠近活动挡板一侧的腔壁上，在活动挡板上装备有密封活塞套，密封活塞套能防止被测液体、气体在活动挡板移动时进入压力调节腔。优选实施例压力调节腔中的第四光纤段的两端分别固定在活动挡板和压力调节腔的固定挡板上，并在压力调节腔中形成一段能自由活动的第二富余光纤，第二富余光纤能使活动挡板在产生位移时，不受第四光纤段拉力的影响；压力调节腔的腔壁上固定有下位板；下位板固定安装在靠近活动挡板的压力调节腔的腔壁上；压力调节腔的腔体中装备有复位弹簧，复位弹簧的两端分别固定在活动挡板和压力调节腔的固定挡板上。优选实施例第二布拉格光纤光栅的反射波长与第一布拉格光纤光栅的反射波长不同。优选实施例所述组分浓度腔能设置多个，当组分浓度腔大于两个时，在传感光纤探头中还设置参考腔，并在参考腔内放置参考布拉格光纤光栅。优选实施例在第二导光光纤上能设置多个传感光纤探头，多个传感光纤探头串联使用，实现对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度的永久性、分布式的实时在线监控。本专利技术的有益效果本专利技术的可同时对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器将对被测液体、气体的多态检测集成在同一条传感光纤上完成，可方便的对被测液体或气体的温度、压强及组分浓度信息进行检测。其意义在于1、本专利技术的传感器可同时对被测液体或气体的温度、压强及组分浓度信息进行检测，降低了对被测液体、气体进行多参数测量时所需的传感器数目，方便了传感器的空间布置，有效降低了对被测液体、气体进行多态检测时装置的复杂程度。2、本专利技术的可同时对被测液体或气体的温度、压强和组分浓度进行检测的传感器可迅速、全面的获得被测液体、气体的具体信息，且各信息的相关性强，在对检测数据进行整体分析时，结果可靠、保真性好。3、光纤抗氧化腐蚀、抗电磁干扰能力强且不产生电火花等优点，使本专利技术的传感器可以在严厉苛刻环境下使用，且通过在第二导光光纤上设置多个传感光纤探头，将本专利技术的多个传感光纤探头进行串联使用，可实现对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度的永久式、分布式的实时在线监控。附图说明图1是本专利技术的可同时对被测液体、气体进行温度、压强和组分浓度检测的多态气液光纤传感器的系统示意图。图2是传感光纤探头的示意图。图3是传感光纤探头的剖面示意图。图4是组分浓度腔前置的传感光纤探头剖面示意图。图5是双组分浓度检测的传感光纤探头剖面示意图。图6是三组分浓度检测的传感光纤探头剖面示意图。图7是多光纤探头串联使用进行分布式多点检测的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1示出本专利技术的可同时对被测液体、气体的压强、温度以及组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器系统，由宽波段光源1、光谱分析仪器2、回光导光光纤3、第一导光光纤4、光纤耦合器5、第二导光光纤6组成传感光纤探头7 ；如图2示出传感光纤探头7 的结构，图2中包括第二导光光纤6的光纤丝8、光纤保护层9、固定密封圈10、温度腔11、 组分浓度腔12、压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器，其特征在于，所述多态气液光纤传感器由宽波段光源（１）、光谱分析仪器（２）、回光导光光纤（３）、第一导光光纤（４）、光纤耦合器（５）、第二导光光纤（６）和传感光纤探头（７）组成，传感光纤探头（７）具有腔壁（１８），腔壁（１８）之间固设有多个固定挡板（２９）和一个能自由滑动的活动挡板（２４），多个固定挡板（２９）与腔壁（１８）之间密封连接，多个固定挡板（２９）及活动挡板（２４）的几何中心钻有孔（３４），且多个固定挡板（２９）及活动挡板（２４）之间都设有一间隔，并由腔壁（１８）与多个固定挡板（２９）及活动挡板（２４）间分别形成温度腔（１１）、组分浓度腔（１２）、压力腔（１３）和压力调节腔（１４）；温度腔（１１）、组分浓度腔（１２）、压力腔（１３）和压力调节腔（１４）设置在腔壁（１８）的中心线上；组分浓度腔（１２）和压力腔（１３）的腔壁（１８）上钻有连通孔（１５），待测物质通过连通孔（１５）进入相应腔体内，压力调节腔（１４）的腔壁上有抽气孔（３２），抽气孔（３２）中安装有密封盖（１６），所述第二导光光纤（６）包括第一光纤段（１７）、第二光纤段（２１）、第三光纤段（２２）和第四光纤段（３１）；在第一光纤段（１７）上设置有第一布拉格光纤光栅（１９），第一布拉格光纤光栅（１９）对被测液体、气体的温度进行检测，第一光纤段（１７）在温度腔（１１）内留出一部分光纤形成第一富余光纤（２０）；在第二光纤段（２１）上设置有消逝场传感区（３３），消逝场传感区（３３）对被测液体、气体组分浓度进行检测；在第三光纤段（２２）上设置第二布拉格光纤光栅（２３），第二布拉格光纤光栅（２３）对被测液体、气体的压强进行检测；第四光纤段（３１）分布在压力调节腔（１４）内，其长度大于压力调节腔（１４）的长度，并形成第二富余光纤（３０），第二富余光纤（３０）能使活动挡板（２４）在沿腔壁（１８）产生位移时不受第四光纤段（３１）的拉力影响，保证自由活动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄须叶，姚军，罗吉，颜胜美，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90