一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器的制造方法
【专利摘要】基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器。将一个2*2单模保偏光纤耦合器的左右各一个连接端与侧面涂敷具有氢敏特性的三氧化钨载铂催化剂(Pt?loaded WO3)粉末的熊猫保偏光纤的两端分别熔接，构成一个萨格纳克干涉仪。利用该干涉仪的高温度灵敏特性以及H2与O2在Pt?loaded WO3粉末催化下发生放热反应，实现氢气浓度的测量。本实用新型具有结构简单易制备、成本低和高灵敏度的优点。
【专利说明】
一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器
技术领域
[0001] 本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克 干涉仪氢气传感器。
【背景技术】
[0002] 化石燃料燃烧释放大量的C02破坏臭氧层使得全球气候变暖，使用绿色新能源是 一种必然趋势作为一种绿色能源，在能源和电力行业被广泛使用。然而氢气在空气中的 体积浓度在4%_75%之间极易引起爆炸，因此氢气的泄漏检测显得尤为重要。
[0003] 近年来，光学氢气传感器获得广泛而深入的研究。基于表面等离子体共振技术的 氢气传感器，灵敏度很高，其关键是精确控制金属膜的厚度(纳米量级），需要使用到昂贵的 仪器设备。基于光纤布拉格光栅的氢气传感器，因其具有波分复用的特性而广泛应用于氢 气浓度的分布测量，但灵敏度通常较低。虽然抛磨光栅技术可以用于增强氢气的灵敏度，但 它降低了传感器的机械强度，让之变得脆弱易断。基于集成光学微结构的氢气传感器，具有 紧凑的尺寸和高灵敏度，然而它们的制造涉及到较为复杂的过程，从而也限制了其广泛应 用。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳 克干涉仪氢气传感器，将侧面涂敷有三氧化钨载铂催化剂(Pt-loaded W03)粉末的熊猫保 偏光纤接入到萨格纳克干涉环中，具有制备方便、结构简单、成本低和灵敏度高的优点。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案:一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传 感器，包括宽带光源、光纤光谱仪和萨格纳克干涉仪，其特征在于:所述的萨格纳克干涉仪 包括2*2单模光纤耦合器和侧面涂敷三氧化钨载铂催化剂(Pt-loaded W03)粉末的熊猫保 偏光纤，其中2*2单模光纤耦合器的左右各一个连接端分别与熊猫保偏光纤的两端熔接，构 成一个萨格纳克干涉仪;光纤耦合器左右的剩余连接端分别与宽带光源和光纤光谱仪连 接。
[0006] 所述的熊猫保偏光纤的长度为10-100毫米，其侧面涂敷的三氧化钨载铂催化剂 (Pt-loaded W03)粉末的厚度为10-50微米。
[0007] 本实用新型的有益效果是：
[0008] 1.传感器制备过程中只需使用普通商用光纤熔接机将2*2单模光纤耦合器的左右 各一个连接端与熊猫保偏光纤的两端分别熔接，并在熊猫保偏光纤的侧面涂敷三氧化钨载 铂催化剂(Pt-loaded W03)粉末，具有制备方便的优点。
[0009] 2.传感器组成部分为2*2单模光纤耦合器及熊猫保偏光纤，具有结构简单，成本低 的优点。
[0010] 3.所述传感器的工作原理是：空气中的氢气在Pt-loaded W03粉末的催化作用下 与氧气发生反应，化学反应式如下：
[0011] (1)
[0012] (2)
[0013] 该反应过程中，释放热量，引起熊猫保偏光纤温度升高，进一步导致萨格纳克干涉 仪的谐振波长向短波长方向漂移，其漂移量的大小与氢气浓度成正相关，通过检测萨格纳 克干涉仪的谐振波长漂移量即可准确确定待测空气中氢气的浓度，其与一般氢气传感器相 比具有灵敏度高的优点。
【附图说明】
[0014] 图1为基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器结构示意图。其中，（1)2*2 单模光纤耦合器，（2)侧面涂敷三氧化钨载铂催化剂(Pt-loaded W03)粉末的熊猫保偏光 纤。
[0015] 图2为基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器的应用实施示意图。其中， (1)2*2单模光纤耦合器，（2)侧面涂敷三氧化钨载铂催化剂(Pt-loaded W03)粉末的熊猫保 偏光纤，（3)宽带光源，（4)光纤光谱仪。
[0016] 图3为一个基于本发明的萨格纳克干涉仪氢气传感器的传感特性测试结果。其中， 图3(a)给出了该萨格纳克干涉仪氢气传感器在不同氢气体积比浓度下的干涉谱；图3(b)是 不同氢气体积比浓度下干涉谱中谐振波长的具体值和线性拟合结果。
【具体实施方式】
[0017] 将已定标的本发明萨格纳克干涉仪氢气传感器的两个连接端分别与宽带光源和 光纤光谱仪连接，如图2。侧面涂敷Pt-loaded W03粉末的熊猫保偏光纤置于待测氢气浓度 的空间。光谱仪实时记录萨格纳克干涉仪氢气传感器的干涉谱，尤其是干涉谱中的谐振波 长值。通过比对谐振波长的变化从而确定待测空间氢气的浓度。图3给出了一个萨格纳克干 涉仪氢气传感器的实际测试结果。从图3(a)给出的不同氢气体积比浓度时传感器的干涉谱 可以看出，随着氢气浓度的增加，干涉谱向短波长方向发生了明显漂移。图3(b)给出了不同 氢气体积比浓度下干涉谱中谐振波长的具体值和线性拟合结果，可以看出该传感器的谐振 波长与氢气浓度间存在良好的线性关系，且具有较高的氢气灵敏度(-7.877nm/%(v/v))特 性。
【主权项】
1. 一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器，包括宽带光源、光纤光谱仪 和萨格纳克干涉仪，其特征在于:所述的萨格纳克干涉仪包括2*2单模光纤耦合器和侧面涂 敷有Pt-l〇aded W〇3粉末的熊猫保偏光纤，其中2*2单模光纤親合器的左右各一个连接端分 别与熊猫保偏光纤的两端熔接，构成一个萨格纳克干涉仪;光纤耦合器左右的剩余连接端 分别与宽带光源和光纤光谱仪连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于熊猫保偏光纤的萨格纳克干涉仪氢气传感器，其特 征在于:所述的熊猫保偏光纤的长度为10-100毫米，其侧面涂敷的Pt-loaded W03粉末的厚 度为10-50微米。
【文档编号】G01N21/45GK205656128SQ201620074430
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年1月21日 公开号201620074430.2, CN 201620074430, CN 205656128 U, CN 205656128U, CN-U-205656128, CN201620074430, CN201620074430.2, CN205656128 U, CN205656128U
【发明人】李萍, 徐贲, 刘亚铭
【申请人】中国计量学院