[发明专利]一种基于单光子计数的可定位氢气测量方法

说明书

本发明属于新能源氢气安全监测技术领域，尤其为一种基于单光子计数的可定位氢气测量方法，包括光纤激光雷达、控制激光束强度变化的声光调制器(AOM)和安装在声光调制器(AOM)输出端的传感光纤，所述声光调制器(AOM)通过环形器注入到所述传感光纤中，所述环形器的输出端安装有用于接收散射光的单光子光电探测器(SPD)；本发明所采用的氢气浓度监测结构可以同时实现多点、多区域的氢气泄漏扩散的检测，具备可定位的功能，采用单光子计数结合锁相放大的探测的方式，检测噪声可达热噪声水平，传感器本身为一根塑料光纤，结构简单，成本低，操作方便，本传感器不带电，本质安全，特别适用于氢气检测的易燃易爆环境中。

技术领域

本发明属于新能源氢气安全监测技术领域，具体涉及一种基于单光子计数的可定位氢气测量方法。

背景技术

我国一次能源产量中，煤炭占70％、石油占8％、天然气占5％、新能源占 17％，中国煤炭资源丰富但油气相对不足的先天禀赋条件，决定了能源生产和消费必须具有中国特色，构成“一大三小”(煤炭大，石油、天然气、新能源小)的中国能源结构行业特点。

氢能是最清洁的新能源，因此发展氢工业，是优化能源结构，全球氢工业发展已初具规模，煤炭地下气化制氢符合我国的国情，具有较大的发展潜力。

中国是全球氢能利用的大国，已形成京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、华中、西北、西南、东北等7个氢能产业集群。

氢能成为我国能源消费结构的重要组成部分，依靠新能源等实现国家“能源自主”，实现能源生产基本自给和消费安全，氢气是一种公认的清洁能源，然而，与常规能源相比，氢气有很多不利于安全的属性，它遇火燃烧速度快，范围广，更容易泄漏；产生更高的火焰传播速度，据不完全统计，氢气泄漏是引起航天事故的重要原因之一。

传统的氢气泄漏检测主要采用以下一些技术手段，半导体型氢敏传感器，主要是通过测量电路中阻值的变化，来反应氢气浓度大小，电化学氢敏型传感器，是将待测组分在电极上的催化反应转换成电信号，从而根据电信号的强弱得出氢气含量的一种测量装置，采用电化学原理的氢气传感器检测范围宽，选择性好，灵敏度较高，无需加热，成本相对较低。同时可以实现对泄漏的快速、连续检测。光纤氢泄漏检测系统利用多点光纤传感器系统，与传统半导体、电化学技术相比，光电子传感器具有三优点：①由于光传感器在测试的敏感点无需使用电源，所以不存在因不完善配线引起火花的危险；②传感器都是抗电磁干扰，本质安全，可有效应用于各种媒介中；③光纤是柔性的，体积小重量轻，能耐受极限温度，而且能耐受许多腐蚀性化学品。

公开号为CN205664848U的中国专利提出一种单端反射式长周期光纤光栅传感器，该方案提出的传感器具有探头式结构，结构简单、体积小、灵敏度高，并对温度、折射率、液位等外界物理量敏感，但是其检测范围太小，不适用于对氢气泄漏情况下的浓度监测。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种基于单光子计数的可定位氢气测量方法，具有同时实现多点、多区域的氢气泄漏扩散浓度的检测，具备可定位的功能特点，可实现氢气浓度低噪声，分布式的测量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于单光子计数的可定位氢气测量方法，包括光纤激光雷达、控制激光束强度变化的声光调制器 (AOM)和安装在声光调制器(AOM)输出端的传感光纤，所述声光调制器(AOM) 通过环形器注入到所述传感光纤中，所述环形器的输出端安装有用于接收散射光的单光子光电探测器(SPD)。

优选的，所述光纤激光雷达使用窄线宽单频激光器。

优选的，所述单频激光器输出的连续光波经所述声光调制器(AOM)调制转换成脉冲光。

优选的，激光波长在600nm到1600nm之间，根据所述传感光纤直径决定。

优选的，所述传感光纤上镀有用于检测有害气体的敏感膜。