[发明专利]一种利用光热光纤进行甲烷浓度传感的装置和方法

权利要求书

1.一种利用光热光纤进行甲烷浓度传感的装置，其特征在于，包括加热光源、检测光源、光纤耦合器、光纤环形器、甲烷传感元件和波长检测仪，其中加热光源、检测光源、光纤环形器均分别与光纤耦合器连接，光纤环形器还分别与甲烷传感元件、波长检测仪连接；所述甲烷传感元件包括光热光纤和镀在光热光纤包层外部的甲烷催化剂镀层，光热光纤纤芯层上刻有光纤光栅；工作时，光热光纤吸收加热光源发出的光，使甲烷催化剂镀层温度上升到催化剂活化温度以上，引发甲烷催化剂镀层表面的甲烷缓慢氧化反应，检测光源发出的光经过光纤耦合器和光纤环形器进入甲烷传感元件，被光纤光栅滤波并反射，反射光经过光纤环形器进入波长检测仪；波长检测仪用于检测出反射光的波长。

2.根据权利要求1所述的利用光热光纤进行甲烷浓度传感的装置，其特征在于，所述光热光纤长度小于1cm。

3.根据权利要求1所述的利用光热光纤进行甲烷浓度传感的装置，其特征在于，所述甲烷催化剂镀层的材料为钯或铂。

4.一种基于权利要求1所述装置的利用光热光纤进行甲烷浓度传感的方法，其特征在于，包括以下步骤：甲烷催化剂镀层镀在光热光纤包层表面；使用光热光纤作为光热转换元件使甲烷催化剂镀层温度达到活性温度以上；甲烷催化剂镀层催化甲烷进行缓慢氧化反应，缓慢氧化反应放热使光热光纤温度进一步升高；光热光纤内部刻写上光纤光栅；利用光纤光栅检测温度，通过数据标定，最终计算得到甲烷浓度。

5.根据权利要求4所述的利用光热光纤进行甲烷浓度传感的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将甲烷传感元件置于待检测气体中；

（2）开启加热光源和检测光源，其中光热光纤吸收加热光源发出的光，使甲烷催化剂镀层温度上升到催化剂活化温度以上，引发甲烷催化剂镀层表面的甲烷缓慢氧化反应，氧化反应放出的热量进一步提高光热光纤的温度，使得光纤光栅特征反射波长进一步向长波方向移动；检测光源发出的光经过光纤耦合器和光纤环形器进入甲烷传感元件，被光纤光栅滤波并反射，反射光的波长为光纤光栅的特征反射波长，反射光经过光纤环形器进入波长检测仪；所述加热光源的波长设置在光热光纤的吸收带内并且不覆盖光纤光栅的特征反射波长，检测光源的波长范围覆盖光纤光栅的特征反射波长；

（3）波长检测仪检测出反射光的波长，然后通过数据标定，计算出甲烷浓度。