一种光纤光栅气体传感器的制作方法

本实用新型属于光纤传感器技术领域，涉及一种光纤光栅气体传感器。

背景技术：

在工业安全生产、环境质量与污染监测方面，气体检测已成为了一项十分重要的内容。光纤传感器由于其自身制作简单、抗电磁干扰、寿命长等特点广泛应用于气体传感领域，光纤气体传感器常用的检测原理有光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等。其中光谱吸收法在检测气体浓度方面应用最为广泛，其原理是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光源一致性。采用这一方法检测气体浓度，必须要配备样品池来盛放气体，这就对光路的耦合提出了更高的要求，并影响到整个系统的小型化和封装性，很大程度上制约了其与光纤技术的结合。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就是提供了一种光纤光栅气体传感器，利由光纤光栅气体传感器反射后进入光谱仪进行分析，得到待检气体的浓度。

一种光纤光栅气体传感器，包括光纤光栅气体传感器、宽带光源和光谱仪；所述光纤光栅气体传感器一端与所述宽带光源的输出口光连接，所述光纤光栅气体传感器另一端与所述光谱仪的输入口光连接。

进一步地，还包括光纤、耦合器、激光器；所述激光器光源的输出口与所述耦合器的一个输入端口光连接，所述宽带光源的输出口与所述耦合器的另一个输入端口光连接；所述耦合器的输出口与所示光纤端口光连接；所述光谱仪的输入口与所述光纤端口光连接；所述光纤光栅气体传感器的输入/输出端与所述耦合器端口光连接。

进一步地，所述光纤光栅气体传感器中的光纤的涂覆层为金属。

进一步地，利用光纤作为气室，并在其上刻写光纤光栅气体传感器，利用MOFBG作为波长选择性反射镜，形成全光纤的反射式气体传感器。

本实用新型中的光纤光栅气体传感器由一段单模光纤制成，光纤上设置有光纤光栅气体传感器，进行检测宽带光源发出的光并上传至光纤光栅气体传感器，由光纤光栅气体传感器反射后进入光谱仪进行分析，得到待检气体的浓度。具有结构简单实用、对气体识别具有特异性、抗干扰性好、适宜复杂条件、适用于远程分布式传感等优点。

附图说明

图1为本实用新型光纤光栅气体传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供的光纤为全反射型，全反射型光纤光子晶体孔内的倏逝场能量大约占总能量的10％～40％。为了实现光栅的刻写，并保证孔内有很强的倏逝场，选择单模光纤作为全反射型光纤气室。这种光纤结构具有很强的倏逝场，能提高检测的灵敏度。

如图1所示，本实用新型提供了一种光纤光栅气体传感器，包括光纤光栅气体传感器1、宽带光源2和光谱仪3；光纤光栅气体传感器1一端与宽带光源2的输出口光连接，光纤光栅气体传感器1另一端与光谱仪3的输入口光连接。还包括光纤4、耦合器5、激光器6；所述激光器6光源的输出口与所述耦合器5的一个输入端口光连接，所述宽带光源2的输出口与所述耦合器5的另一个输入端口光连接；所述耦合器5的输出口与所示光纤4端口光连接；所述光谱仪3的输入口与所述光纤4端口光连接；所述光纤光栅气体传感器1的输入/输出端与所述耦合器5端口光连接。

光纤4为单模光纤，在单模光纤设置一个以上的光纤光栅气体传感器1，每个光纤光栅气体传感器1设置对应的反射波长，在附近待测气体没有明显的吸收峰，此波长反射回来的信号用作参考信号。覆盖待测气体的某一吸收峰，用于探测气体的吸收。

在光纤4上刻写光纤光栅气体传感器1后，利用光纤光栅气体传感器1的波长选择性并结合气体吸收特征谱线，实现对特定气体的浓度检测。根据比尔朗伯吸收定律和倏逝波传感的特点，光纤光栅气体传感器1反射的信号强度表示如下：

LR＝RI0exp[-2rα(λ)CL]

其中I0是探测光源信号，R是光纤光栅气体传感器1的反射率，r是倏逝波的相对灵敏系数，α(λ)是气体在波长λ处的吸收系数，C是气体的浓度，L是气室的长度。其中r与传导模式有效折射率，孔内物质折射率有关，并与孔内倏逝场能量比重成正比。

通过分析反射信号的强度衰减情况，就可以得到待测气体的浓度信息。由于气体吸收谱线的特异性和光纤光栅气体传感器1的波长选择作用，这种检测方法从原理上就避免了其他气体的干扰，体现出了特异性选择的优点。

光纤光栅气体传感器1在芯层掺金属元素的光热光纤制成的，将制备好的光纤光栅气体传感器1与耦合器5和光谱仪3相连，耦合器5又分别连接激光器6和宽带光源2。激光器6的波长不在宽带光源2的光谱范围内，通过调节激光器6的输出功率，利用光热光纤4的吸收光功率转化为热量的效应，改变光纤光栅气体传感器1的温度，从而调节光纤光栅气体传感器1的波长，使其在气体吸收峰左右震荡。通过分析记录下的反射信号功率得到气体吸收的光功率，得出所探测气体的浓度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。