[实用新型]一种基于阵列波导光栅的光纤光栅多点氢气测量仪

说明书

本实用新型公开了一种基于阵列波导光栅的光纤光栅多点氢气测量仪，包括宽带光源、3dB耦合器、传输光纤、镀有Pd/WO₃膜的光纤光栅传感头、气室、阵列波导光栅、光电探测器阵列、数据采集卡以及PC机；所述镀有Pd/WO₃膜的光纤光栅传感头由光纤布拉格光栅、Pd/WO₃膜构成；当氢气作用于Pd/WO₃膜时，反射光的中心波长发生漂移，阵列波导光栅输出光的强度随之发生变化，进而影响光电探测器输出电信号的强度。通过测量输出电信号的强度变化，可以实现氢气浓度的高灵敏度测量。本实用新型氢气测量仪具有不受光源波动影响，响应速度快，灵敏度高，可多点测量，成本低，安全可靠等优点。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于阵列波导光栅的光纤光栅多点氢气测量仪。

背景技术

阵列波导光栅是一种无源的波分复用的光路由器，它基于平面光波回路技术，由一个相位控制器，一个衍射光栅，外加辅助的输入/输出波导组成，具有信道间隔小、插入损耗低且均匀性好、复用信道数多、易于与其他器件集成等特点，并且由于阵列波导光栅是基于平面光波导技术光刻而成，制作简单且多通道数与低通道数的制作成本相当，适合大批量、自动化生产，因此，阵列波导光栅器件发展极为迅速，在密集波分复用的应用中占据着十分重要的地位。

光纤光栅是通过强激光照射使其纤芯内的纵向折射率呈周期性变化，从而形成的衍射光栅，而周期小于一微米的光纤光栅称为光纤布拉格光栅。其基本原理是将光纤特定位置制成折射率周期分布的光栅区，于是特定波长的光波在这个区域内将被反射。光纤布拉格光栅具有高灵敏度、抗电磁干扰、插入损耗低、体积小、质量轻、化学稳定、本质防爆、耐腐蚀、无源等特点，这使得它在光纤通信和光信息处理等领域得到了广泛的应用，并为全光通信中的许多关键问题提供了有效的解决方案。

氢气由于其燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、核能一起被称为三大新能源。作为一种新能源，氢气在航空、动力等领域得到广泛的应用；同时，氢气作为一种还原性气体和载气，在化工、电子、医疗、金属冶炼，特别在军事国防领域有着极为重要的应用价值。但氢气分子很小，在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏，由于氢气不利于呼吸，无色无味，不能被人鼻所发觉，且着火点仅为585℃，空气中含量在4％～75％范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。

光纤光栅氢气传感器是在光纤布拉格光栅上镀氢敏材料，当氢气浓度发生变化时，氢敏材料就会与氢气发生反应发生热膨胀，光栅的周期和纤芯模的有效折射率将会发生相应的变化，从而使光纤布拉格光栅的中心波长发生漂移，阵列波导光栅输出光的强度随之发生变化，进而影响光电探测器输出电信号的强度。通过对输出电信号的强度检测来获得氢气浓度的变化量。光纤布拉格光栅氢气传感器具有多路复用能力和波长调制的优点，可以满足分布式测量的需要，同时消除光功率波动的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是：针对现有技术存在的不足，提供了一种基于阵列波导光栅的光纤光栅多点氢气测量仪，该氢气测量仪具有不受光源波动影响，响应速度快，灵敏度高，可多点测量，成本低，安全可靠等优点。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于阵列波导光栅的光纤光栅多点氢气测量仪，包括宽带光源、3dB耦合器、传输光纤、镀有Pd/WO₃膜的光纤光栅传感头、气室、阵列波导光栅、光电探测器阵列、数据采集卡以及PC机。

上述的3dB耦合器包含三个端口，其中一侧的两个端口中的一个与宽带光源相连，另一个与阵列波导光栅输入端相连；另一侧的端口通过传输光纤与光纤光栅传感头相连，阵列波导光栅输出端与光电探测器阵列相连。光电探测器阵列的输出端通过数据采集卡与PC机相连。