[发明专利]一种光纤光栅传感器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种光纤光栅传感器，是借助光纤和光纤光栅进行探测氢气变化的传感器，该方法属于传感技术领域。

背景技术

氢是种清洁高效的能源，目前，航天飞机主要采用氢作为燃料，汽车也正在探索利用氢作为能源。但由于氢易燃易爆，所以在使用时必须随时探测是否有泄漏以保证安全使用。传统的电学传感器易产生电火花，所以基本上不适于探测氢气，所以现在采用光纤技术进行氢气探测是一种主要的解决方法。其基本技术手段就是将金属把与光纤传感器结合，利用用金属钯吸氢变形这一特性进行氢气探测。由于光纤布拉格光栅具有许多其它光纤传感器所不具备的许多优点，所以采用光纤布拉格光栅与金属把结合是目前国内外研究的重点，也进行了一些较为成功的尝试。但目前采用的是宽光源加精密波长解调装置来实现，其设备复杂，维护成本高，无法满足很多生产生活的实际需要。

发明内容

本发明的目的是制定一种使用光纤光栅(如布拉格光栅)的传感器，以避免上述缺陷。

为此，本发明提出了一种光纤光栅传感器，包括宽带光源、光纤、固定波长的滤波器、探测器和安置于光纤上的位于测量点的用于监测氢变化的光纤光栅，其特征在于：

一该光纤光栅表面镀有一层金属钯，

—固定波长的滤波器，只允许一窄的光波长带通过，而限制其他波长通过，且其允许通过的波长带不在光纤光栅的反射波长带内，并与所述的反射波长带有预设波长差值，

—宽带光源从光纤的所谓的入射端注入探测光，当被监测氢变化达到一定量值时，位于测量点处的镀有金属钯的光纤光栅的反射波长带至少漂移了上述的预设波长差值，从而使该反射波长带至少覆盖了固定波长的滤波器允许通过的波长带的一部分，这时，该测量点处的光纤光栅对宽带光源入射的探测光信号产生的反射光信号，至少一部分反射光信号可以通过固定波长的滤波器而到达探测器，从而探测到所述氢的变化。

本发明是探测受监测氢变化的一种光纤光栅传感器，是在光纤光栅表面镀有一层金属钯，其厚度为20-50纳米，当金属钯吸收或释放氢气并使其自身发生变形时，光纤光栅也随之改变，从而使光纤光栅发生轴向应变，导致光纤光栅选择性作用波长带位置漂移。如果在一个镀有金属钯的光纤光栅附近的受监测的氢发生了变化，且发生的变化达到了我们关心的程度，这时光纤光栅的反射波长带至少漂移了预设波长差值，从而使该反射波长带至少覆盖了固定波长的滤波器允许通过的波长带的一部分，这时，该测量点处的光纤光栅就对宽带光源入射的探测光信号产生的反射光信号，至少一部分反射光信号可以通过固定波长的滤波器而到达探测器，这说明有应力存在，从而可探测到相应氢的变化。

在实际工程中，我们常常只需要获取一部分氢变化的数据，就可以达到我们的目标，如在一个需要监测氢浓度的现场中的氢报警系统中，对不大于0.05％时的氢浓度我们不是迫切需要了解，我们只需设定一个监测报警浓度，如0.1％氢浓度，然后在作为传感器的光纤上的镀有金属钯的光纤光栅，测量出该光纤光栅在0.1％氢浓度时的选择性作用波长带并选取一个波长作为探测光信号的波长，然后根据该波长，在探测器前安置一个允许该波长带通过的固定波长的滤波器，所述镀有金属钯的光纤光栅在不大于0.05％时的氢浓度时，其反射的光信号的波长带与安装的固定波长的滤波器允许通过的波长带有波长差，这时反射的光信号不能通过固定波长的滤波器，探测器将探测不到光信号，将该传感器安装在监测的地方，在通常情况下，环境氢浓度在不大于0.05％时的氢浓度时，探测器探测不到光信号，只有当测量点处的氢浓度接近或达到0.1％氢浓度时，该测量点处的光纤光栅反射波长带就会漂移并与固定波长的滤波器允许通过的波长带交叉重叠，此时，会至少有一部分反射的光信号通过固定波长的滤波器，到达探测器，探测器上会监测到明显的光信号，从而触发了氢浓度报警条件，达到了监测的目的。

在实际工程条件下，仅监测氢的一个量值常常是不够的，所以可以设置多个固定波长的滤波器，其允许不同的光波长带通过，且其允许通过的波长带都不在光纤光栅的反射波长带内，并与所述的反射波长带有不同的预设波长差值，从而可以探测出测量点处氢变化的多个量值，同时就可以看出测量点氢变化的趋势，以便更好的监测。

可以在一根光纤上的多个测量点分别设置多个光纤光栅，且光纤光栅具有基本相同的反射波长带，从而测量多个点的氢的变化。并且根据反射光信号与时间的关系可以确定有变化的测量点的位置。

附图说明：

图1是表示一个布拉格光栅的反射光谱、一个固定波长的滤波器允许通过的光谱及两者的关系图；