[发明专利]基于FBG解调仪的F-P干涉型多点测量氢气传感器

说明书

本发明涉及基于FBG解调仪的F‑P干涉型多点测量氢气传感器，包括FBG解调仪、长距离单模传输光纤、阵列波导光栅、FP传感头、PC机；所述FP传感头由空芯光纤、PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜和Pt/WO₃(三氧化钨载铂)氢敏材料组成；当氢气浓度增加时，Pt/WO₃氢敏材料与氢气发生反应放热，PDMS薄膜体积膨胀，空气腔腔长缩短，FP传感头的干涉光谱将发生漂移，进而阵列波导光栅的反射光强发生改变，通过PC机检测反射光强的变化，就可实现对氢气浓度的测量。本发明提出一种结构简单、灵敏度高、可同时多点测量的基于FBG解调仪的F‑P干涉型多点测量氢气传感器。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及基于FBG解调仪的F-P干涉型多点测量氢气传感器。

背景技术

氢气作为一种清洁，可持续，无污染的新能源，在解决能源危机方面引起了各界广泛的关注。氢气燃烧产物只有水，无任何有害物质，是一种清洁能源，在生产生活领域有广泛的应用。然而，由于氢气的高扩散系数、低点火能量、高燃烧热和宽爆炸浓度范围(4％～75％)，也极易从容器中泄漏，甚至在空气中爆炸，因此为了可以安全使用氢气，对氢气浓度的检测和监测就显得极为重要。传统的电传感器容易产生电火花，引发氢气爆炸，而光纤氢气传感器是以光信号为传感介质的本质安全器件，所以近年来，光纤氢气传感器受到了人们的广泛关注。

光纤氢气传感器的原理是利用光纤与氢敏材料结合，当氢敏材料与氢气反应后，光纤物理性质发生改变，导致光纤中传输光的光学特性发生变化，通过检测输出光的变化，分析与对应物理量的关系，可测得氢气浓度。目前常见的光纤氢气传感器包括干涉型和光纤光栅型等。

干涉型光纤氢气传感器如M-Z(马赫-增德尔)干涉仪型和F-P(法布里-珀罗)干涉仪型等，具有灵敏度高，结构简单，成本低，易操作等优点，其中，F-P干涉型传感器是通过在光纤内制作两个反射面，从而在两个反射面内形成一个微腔，当光束沿光纤入射时，光束被两端面反射后沿原路返回并形成干涉光。当氢气浓度变化作用于微腔时，就会导致微腔的腔长发生变化，因而输出的干涉光信号也会发生变化，根据这个原理，从干涉光信号的变化，就可以得到氢气浓度的变化。但干涉型光纤氢气传感器往往只有一个传感头，只能测量单点位置的氢气浓度，如果将相同结构的干涉型传感器级联，其干涉光谱将更为复杂，难以区分信号光，无法满足多点同时测量的实际应用场合的需求。

光纤光栅(FBG)型光纤氢气传感器是以波长改变的方式进行信号传感的，是目前技术较为成熟的一种传感器，广泛应用于分布式测量，但其灵敏度与干涉型光纤氢气传感器相比一般较低，FBG传感器的信号解调技术是各种光纤光栅传感系统中的关键部分，目的在于将传感信号从波长信息中解调出来，转换为电信号以进行显示和计算。FBG解调仪是技术较为成熟的商用化光纤光栅解调仪器，具有体积小、精度高，大动态范围测量和光谱分析能力准确等优点，其内置的扫描激光器可作为光源使用，信号解调模块具有光谱分析的能力，因此，若在传统的光纤传感系统使用FBG解调仪，就可代替常用的宽带光源和光谱仪，从而可以大大简化光传感的体积，更便于实际操作使用。

针对上述光纤氢气传感器灵敏度低、结构复杂、无法同时多点测量的问题，本发明提出了基于FBG解调仪的F-P干涉型多点测量氢气传感器。本发明具有结构简单、灵敏度高、可同时多点测量、适用于远距离测量等优点。

发明内容

针对现有光纤氢气传感器灵敏度低、结构复杂，对于F-P干涉型传感器无法同时多点测量的缺点，本发明提出了一种灵敏度高、操作简单，灵活方便，可同时多点测量、可适用于远距离测量的基于FBG解调仪的F-P干涉型多点测量氢气传感器。

本发明为解决技术问题所采取的方法包括如下步骤：