[发明专利]一种基于光纤光栅检测的光热催化燃气泄露传感器及其检测方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅检测的光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述传感器包括上部分的传感器气室(1)和下部分的光加热室(2)；所述光加热室(2)与所述传感器气室(1)之间通过光转换膜(6)进行区域分隔；所述传感器气室(1)内设有气室隔板(4)；所述气室隔板(4)的上端连接于所述传感器气室(1)的壳体顶部，所述气室隔板(4)的下端连接于所述光转换膜(6)上；所述气室隔板(4)将所述传感器气室(1)分为检测用气室(a)和温度补偿用气室(b)；所述传感器气室(1)的壳体上设有传感光纤光栅通道口(3)和温度补偿光纤光栅通道口(7)；所述传感光纤光栅通道口(3)设置于检测用气室(a)一侧的传感器气室的壳体上；所述温度补偿光纤光栅通道口(7)设置于温度补偿用气室(b)一侧的传感器气室的壳体上；所述光加热室(2)的底端设有光通道(8)；

所述光加热室(2)整体结构为仿黑体结构；所述光加热室(2)的内部形成吸收-反射-吸收结构；所述光加热室的加热温度升到110-125℃时，达到双金属催化剂的最佳工作温度，此时如果有燃气泄露，燃气将在催化剂的作用下发生低温燃烧，由温度传感器监测温度变化；

所述检测用气室(a)内部装置的载体为催化剂，所述催化剂是以氧化铝为载体的金、钯合金催化剂，其中，金和钯的质量比为：1.3:1；所述催化剂紧贴在光热转换膜(6)的传热端。

2.根据权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述传感器气室(1)的外壳采用不锈钢粉末烧结滤管制作而成；所述气室隔板(4)选用0.5mm厚铝片制成，居中固定在所述传感器气室(1)内。

3.根据权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述传感光纤光栅通道口(3)为贯穿孔，所述传感光纤光栅通道口(3)的孔洞直径为2mm；所述传感光纤光栅通道口(3)的孔洞圆心与所述传感器气室(1)底边之间的距离为6mm；所述传感光纤光栅通道口(3)的孔洞圆心与所述气室隔板(4)之间的水平垂直距离为2mm。

4.根据权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述温度补偿光纤光栅通道口(7)为贯穿孔；所述温度补偿光纤光栅通道口(7)的孔洞圆心与所述传感器气室(1)底边之间的距离为1mm；所述温度补偿光纤光栅通道口(7)与所述气室隔板(4)之间的水平垂直距离为3mm。

5.根据权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述光加热室(2)的高度为3mm；所述光加热室(2)的外壳采用光热转换膜(6)制成，所述光热转换膜(6)的光吸收体(11)一面全部朝向所述光加热室(2)的内侧；所述光加热室(2)的整个内表面为有效面区域；所述光通道(8)的孔直径为2.5mm。

6.根据权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述光加热室的加热光源(13)采用带多模尾纤的980nm半导体激光器。

7.根据权利要求1或5所述光热催化燃气泄露传感器，其特征在于，所述光热转换膜(6)采用金属-电介质复合涂层材料制成；用于将传感气室(1)和光加热室(2)进行区域分隔的光转换膜(6)是利用耐高温胶水将光热转换膜(6)固定在传感气室上的，并且所述光热转换膜的光吸收体一侧面向光加热室；所述光热转换膜的传热端一侧面向传感气室。

8.一种基于权利要求1所述光热催化燃气泄露传感器的燃气泄露检测方法，其特征在于，所述燃气泄露检测方法采用的检测系统包括光热催化燃气泄露传感器、980nm半导体激光器、检测用气室内置光纤光栅温度传感单元(25)、所述温度补偿用气室内置参考光纤光栅温度传感单元(26)、电脑终端(30)、激光控制电路(31)和光纤光栅解调仪(32)；所述光热催化燃气泄露传感器的传感光纤光栅通道口(3)通过检测用气室内置光纤光栅温度传感单元(25)与所述光纤光栅解调仪(32)的外部光纤光栅解调仪通道一(28)相连；所述光热催化燃气泄露传感器的传感光纤光栅通道口(3)的温度补偿光纤光栅通道口(7)与所述光纤光栅解调仪(32)的外部光纤光栅通道二(29)相连；所述光纤光栅解调仪(32)的信号输出端通过网络与电脑终端(30)相连；所述激光控制电路(31)的激光器控制信号输出端与所述980nm半导体激光器的控制信号输入端相连；所述980nm半导体激光器输出的激光通过多模光纤导入光热催化燃气泄露传感器的通道口(10)中，所述通道口(10)位于光加热室(2)的下方；

所述燃气泄露检测系统的燃气泄露检测方法为：所述激光控制电路(31)精确控制980nm半导体激光器(13)的驱动电流输出连续激光，所述980nm半导体激光器(13)的驱动电流由温度补偿用气室内的参考光纤光栅温度传感器确定，激光加热仿黑体的温度到110-125℃范围内；所述980nm半导体激光器(13)输出的激光经过多模光纤导入到通道口(10)中，从光纤端面输出，耦合进光加热室(b)后完成光热转换，所述光加热室(b)温度升到最佳温度120℃左右，所述最佳温度下环境中泄露的燃气在催化剂(22)的作用下发生低温燃烧反应，所述检测用气室内置光纤光栅温度传感单元(25)检测相应温度变化，其与外部光纤光栅解调仪通道一(28)相连接，所述温度补偿用气室内置参考光纤光栅温度传感单元(26)检测无催化剂区域内(c)环境温度，其与外部光纤光栅通道二(29)相连接，由所述光纤光栅解调仪(32)解调出两通道温度信号经网线传输至电脑终端(30)，将所述两通道检测出的温度信号做差值；由所述的温度差值分析催化燃烧温升过程，确定燃气泄露情况。