一種基于拉錐型的mzi氫氣傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光譜分析儀和MZ干涉儀，其特征在于：所述的MZ干涉儀由單模光纖組成，單模光纖內(nèi)部含有空氣腔，對其進(jìn)行加熱拉錐處理，在單模光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，從而構(gòu)成MZI氫氣傳感器；單模光纖的另一端與光纖環(huán)形器連接，寬帶光源、光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。本實用新型具有制備簡單、成本低、體積小和靈敏度高等優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器。 【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是一種高效潔凈的燃料，具有潛在的可無限循環(huán)利用的能源。同時，氫氣作為新一代可再生能源，不僅清潔環(huán)保，并且具有豐富的來源。然而氫氣分子的體積非常小，極易泄漏?？諝庵袣錃鉂舛仍?%_75%時遇到明火即可爆炸，因此在運輸、儲存、使用過程中， 對環(huán)境氫氣濃度進(jìn)行實時監(jiān)測是一項十分必要的安全性工作。已經(jīng)研制出的基于電特性工作原理的氫氣傳感器，在使用的過程中易產(chǎn)生電火花，有引起爆炸的可能性。與傳統(tǒng)的氫氣傳感器相比，光纖氫氣傳感器通過光信號進(jìn)行檢測，具有本質(zhì)防爆、體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、靈敏度高和精度高等優(yōu)點。光纖氫氣傳感技術(shù)就受到了廣泛的關(guān)注。目前， 光纖氫氣傳感器的類型主要有光纖干涉型、微透鏡型、倏逝場型和布拉格光柵型等。消逝波型光纖氫氣傳感器只適合探測低濃度氫氣濃度范圍，表面等離子體共振型光纖氫氣傳感器雖然能吸收很寬的氫氣濃度范圍，但是其響應(yīng)時間慢，不能起到報警作用。FBG氫氣傳感器的抗干擾能力強，因為它是基于波長調(diào)制的，從本質(zhì)上排除了光強波動的影響；而且它的復(fù)用性好，便于構(gòu)成光纖網(wǎng)絡(luò)。但是，F(xiàn)BG氫氣傳感器需要較復(fù)雜的技術(shù)和昂貴的光纖器件來進(jìn)行波長位移的檢測，同時還需要大功率的寬帶光源或波長可調(diào)諧光源，因此檢測的分辨率和動態(tài)范圍會受到一定限制，使用這種傳感器的成本也會很高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器，將含有空氣腔的單模光纖進(jìn)行拉錐從而構(gòu)成MZI氫氣傳感器，此傳感器具有制備方便、 結(jié)構(gòu)簡單、成本低和靈敏度高等優(yōu)點。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案:一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光譜分析儀和馬赫曾德干涉儀，其特征在于:所述的馬赫曾德干涉儀包括單模光纖，其內(nèi)部有一個空氣腔，對其進(jìn)行火焰加熱拉錐處理，在單模光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，從而構(gòu)成高靈敏度的MZI氫氣傳感器;將單模光纖的另一端與光纖環(huán)形器的一端連接，寬帶光源、光譜分析儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。
[0005]本實用新型的有益效果是:
[0006]1.傳感器整體材料為單模光纖，且制備過程中只需使用普通商用光纖熔接機對單模光纖進(jìn)行放電處理從而內(nèi)部形成一個空氣腔，具有制備方便、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。
[0007]2.傳感器進(jìn)行火焰加熱拉錐處理，使得該MZI氫氣傳感器的靈敏度遠(yuǎn)高于一般的氫氣傳感器。
[0008]3.所述傳感器的工作原理是:MZI是基于雙光束干涉儀，激光器發(fā)出相干光，將兩根長度相同的單模光纖作為MZ光纖干涉儀的兩個臂，光分別兩根光纖后輸出的兩個光束相互疊加產(chǎn)生干涉。
[0009]干涉級次m公式如下:
[0010]m= A L/A(1)
[0011]當(dāng)外界因素引起光程差的改變，都會使m發(fā)生改變，從而引起干涉條紋的移動。因此，光束在該MZI氫氣傳感器傳輸時，纖芯中傳輸?shù)墓饨?jīng)過空氣腔前壁面時被分成兩路，一路繼續(xù)沿著纖芯傳輸，另一路在包層中傳播，當(dāng)光經(jīng)過空氣腔后壁面時在纖芯中合成一束光，當(dāng)Pd膜吸氫后體積膨脹空氣腔腔長會拉長，從而會使得光程差發(fā)生變化引起干涉譜發(fā)生漂移，通過檢測MZI諧振波長漂移量即可準(zhǔn)確確定氫氣濃度，其與一般氫氣傳感器相比具有靈敏度高的優(yōu)點。【附圖說明】

[0012]下面結(jié)合附圖及具體方式對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本實用新型MZ干涉儀結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是MZI氫氣傳感器測試系統(tǒng)示意圖；
[0015]圖中:1.M-Z干涉儀，2.單模光纖，3.錐腰區(qū)域，4.空氣腔，5.寬帶光源，6.光譜分析儀，7.光纖環(huán)形器?！揪唧w實施方式】
[0016]基于拉錐型的MZI氫氣傳感實驗，包括寬帶光源5、光纖環(huán)形器7、光譜分析儀6和MZ 干涉儀1，其特征在于:所述的拉錐型MZ干涉儀1包括單模光纖2,單模光纖內(nèi)部有一個空氣腔4，空氣腔4下方進(jìn)行火焰加熱拉錐處理，在其單模光纖側(cè)面涂敷有Pd膜;單模光纖2的另一端與光纖環(huán)形器7的一端連接，寬帶光源5、光纖光譜儀6分別與光纖環(huán)形器7的另外兩端連接。[〇〇17]當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光進(jìn)入馬赫曾德干涉儀1時，光沿著纖芯傳播時經(jīng)過空氣腔前壁面被分成兩路，一路在包層中傳輸，另一路在纖芯中傳輸，當(dāng)pd膜吸氫后體積膨脹，由于應(yīng)力的作用空氣腔會被拉長，從而光程差隨之改變，光束經(jīng)過空氣腔后壁面時在纖芯中合成一束光，兩個光束相互疊加產(chǎn)生的干涉譜發(fā)生漂移，光譜儀實時記錄MZI氫氣傳感器的干涉譜，尤其是干涉譜中的諧振波長值。通過比對諧振波長的變化從而確定氫氣濃度大小。該傳感器與一般氫氣傳感器相比具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光譜分析儀和MZI， 其特征在于:所述的MZI包括單模光纖，單模光纖內(nèi)部有一個空氣腔，在其下方進(jìn)行火焰加 熱拉錐處理，然后在單模光纖側(cè)面涂敷有Pd膜，從而構(gòu)成高靈敏度的MZI氫氣傳感器，將單 模光纖的另一端與光纖環(huán)形器的一端連接，寬帶光源、光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩 端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于拉錐型的MZI氫氣傳感器，其特征在于:空氣腔腔長 約為30-40um，錐腰直徑為50-60um。
【文檔編號】G01N21/25GK205691494SQ201620648837
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月21日 公開號201620648837.1, CN 201620648837, CN 205691494 U, CN 205691494U, CN-U-205691494, CN201620648837, CN201620648837.1, CN205691494 U, CN205691494U
【發(fā)明人】李萍, 徐賁
【申請人】中國計量大學(xué)