[发明专利]一种可多点测量氢气浓度的波分复用光纤传感系统

说明书

本发明公开了一种可多点测量氢气浓度的波分复用光纤传感系统，由可调谐激光光源、偏振控制器、密集型波分复用器、光纤延迟线组、光纤环形器组、光纤环形器1端、光纤环形器2端、光纤环形器3端、光纤传感器组、倾斜布拉格光栅、钯薄膜、单模光纤组、错位结构组、多模光纤组、光纤传感分析仪；通过通道数为1‑10个的密集型波分复用器分为1‑10道波长不同的探测光，探测光通过1‑10条不同长度的光纤延迟线到达不同位置处的1‑10个光纤传感器。后向传输来的1‑10道信号光通过光纤环形器组进入单模光纤组，由错位结构耦合到多模光纤组中的纤芯模式，使用光纤传感分析系统监测1‑10道信号光中最衰减共振包络中心的波长偏移，便可大氛围，灵敏，精确的监测氢气的浓度变化。

技术领域

本发明提出了一种可多点测量氢气浓度的波分复用光纤传感系统，属于光纤传感技术领域。

背景技术

氢能是一种储量丰富、无污染的新能源。一般条件下，空气中的氢气含量处于4 %~74.4%时，极易被引燃和发生剧烈爆炸。因此，安全可靠、高灵敏度、成本低廉的氢气传感器具有重要的研究价值，能实现大范围多点监测氢气的传感系统更是研究的重要方向。

表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）传感技术是一种光电传感技术，其灵敏度能够达到10^-6RIU（Refractive Index Unit）。光纤SPR传感装置体积小，结构多样，适合远程多点测量，并且SPR信号不易受到机械结构、温度、湿度等外界因素的干扰。但光纤SPR传感装置的制作工艺复杂，信号响应强度有限，易受系统自身噪声的影响。

倾斜布拉格光栅（Tilted Fiber Bragg Grating，TFBG）是一种光纤光栅，其栅格周期与光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）接近，但光栅的波矢方向和光纤的轴向方向成一定夹角。与光纤光栅相比，倾斜布拉格光栅不仅能将入射光耦合为后向传输的纤芯模式，还可以将部分入射光耦合为后向传输的包层模式，具有广泛的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可多点测量氢气浓度的波分复用光纤传感系统，可调谐激光光源发出的光极化后形成P偏振光，P偏振光通过密集型波分复用器形成N道（N为密集型波分复用器通道数）波长不同的探测光，N道探测光通过N条不同长度的光纤延迟线到达不同位置处的N个光纤传感器。由于倾斜布拉格光栅的作用，大部分P偏振光被耦合到后向传输的包层模式，后向传输的N道信号光通过光纤环形器组进入单模光纤组，由错位结构组耦合到多模光纤组的纤芯模式，最终在光纤传感分析系统上形成N道信号光谱。当光纤传感器外部氢气浓度发生改变时，电介质层的局部折射率变化，强烈的改变了钯薄膜和电介质层之间的表面等离子体激元的相速度，进而改变了后向传输包层模式的波长，对比分析光纤传感分析系统上的信号光谱，即可实现多点精确测量氢气浓度。