[发明专利]一种氢气浓度检测装置

摘要

一种氢气浓度检测装置，它由氢气传感头（10）、集成光信号模块（2）和信号处理单元（3）组成，彼此之间相互连接；其中，氢气传感头（10）包括有镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）、第一光纤耦合器4a、保护套管（5）、光纤固定架（6）、光纤适配器（7）、尾纤护套（14）；集成光信号模块（2）包括光源（8）、光谱接收装置（9）和第二光纤耦合器4b；该装置采用的光路性能可靠、稳定；采用的镀有钯膜的保偏光子晶体光纤的材料一致性好，具有良好的温度不敏感性；氢敏钯膜的镀膜长度可以根据灵敏度要求设计，实现高灵敏度检测。本发明对温度的变化不敏感，系统结构简单、操作方便，抗干扰能力强、精度高。

主权项

一种氢气浓度检测装置，其特征在于：它由氢气传感头（10）、集成光信号模块（2）和信号处理单元（3）组成，彼此之间相互连接；其中，氢气传感头（10）包括有镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）、第一光纤耦合器4a、保护套管（5）、光纤固定架（6）、光纤适配器（7）、尾纤护套（14）；集成光信号模块（2）包括光源（8）、光谱接收装置（9）和第二光纤耦合器4b；光源（8）发出的信号光接入第二光纤耦合器4b的反射端R端，从第二光纤耦合器4b的第一出射端A端经光纤适配器（7）插接入第一光纤耦合器4a的反射端R端；信号光被分成两束光，并从第一光纤耦合器4a的A端和B端输出，进入镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1），沿顺、逆时针方向传输，在第一光纤耦合器4a中发生干涉；干涉信号从第一光纤耦合器4a反射端R端输出，返回至第二光纤耦合器4b的第一出射端A端，并从第二光纤耦合器4b透射端T端接入光谱接收装置（9）；镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）置于光纤固定架（6）内，并在保护套管（5）内与第一光纤耦合器4a连接；保护套管（5）与光纤固定架（6）连接为一体；尾纤护套（14）一端与保护套管（5）连接，另一端与光纤适配器（7）连接；第一光纤耦合器4a的第一出射端A端、第二出射端B端分别与镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）的两端熔接；第二光纤耦合器4b的第一出射端A端与第一光纤耦合器4a的反射端R端引出的光纤适配器（7）插接；第二光纤耦合器4b的反射端R端与光源（8）熔接，透射端T端与光谱接收装置（9）熔接；信号处理单元（3）与光谱接收装置（9）通过数据线连接，接收输出的光谱特性，得到反射端干涉光谱极小峰值波长的移动，计算并输出氢气浓度值；所述镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）是在光纤外径上镀有钯膜的保偏光子晶体光纤，该保偏光子晶体光纤为实芯或空芯保偏光子晶体光纤；所述信号处理单元（3）是在计算机上通过VC语言编写的峰值解调程序和信号解算程序，通过数据线连接计算机接受光谱接收装置9输出的光谱特性，峰值解调程序实时采集得到光谱特性中的极小峰值波长的移动，再利用根据数学模型设计的信号解算程序计算并输出氢气浓度值；所述第一光纤耦合器4a和第二光纤耦合器4b是四端口结构的50/50分光的光纤耦合器，能够对中心波长为1550nm的光进行传输，反射端R端、透射端T端为光纤耦合器的入纤端，A端、B端为光纤耦合器的出射端；所述保护套管（5）是呈圆柱形的空芯管，适合装入光纤耦合器，第一光纤耦合器4a粘接固定在保护套管（5）中，保护套管（5）一端与光纤固定架（6）连接成一体，另一端引出由尾纤护套（14）加固保护的第一光纤耦合器4a反射端R端尾纤；所述光纤固定架（6）是由四根支柱和固定支柱上下的环形支架连接组成，每个支柱上带有阵列通孔，传感光纤盘旋穿过阵列通孔，盘旋的传感光纤各圈之间有间距，保证镀有钯膜的保偏光子晶体传感光纤（1）与气氛充分接触；所述光纤适配器（7）是连接敏感光路与光源及波长解调部分的接头，接头形式是FC/PC、FC/APC、SC/PC、SC/APC、ST/PC或者ST/APC；所述光源（8）是SM125型光纤光栅解调仪内部集成的扫描激光器，其扫描波长范围为1510nm至1590nm；或者是宽谱的掺铒光纤光源SFS，其中心波长为1545nm，输出功率大于10mW，带宽大于40nm；所述光谱接收装置（9）是光纤光栅解调仪内部集成的光探测器；或者是AQ6370型光谱分析仪；所述尾纤护套（14）是在保护套管（5）的出纤口处填充硅胶并外覆聚合物材料护套，保护第一光纤耦合器4a的反射端R端的尾纤。