[发明专利]一种可实现多点监测的波分复用光纤氢气传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术及氢气监测领域，特别是涉及一种可实现多点监测的波分复用光纤氢气传感系统。

背景技术

随着现代工业的发展，氢气作为一种重要的工业原料在电力、航天、航空、航海、化工等各部门得到了广泛的应用，但氢气的不确定性泄漏可能危害生命或对工业设备及所处环境造成极大的破坏，因此，如何对氢气及其浓度进行快速精确的在线测量变得越来越重要。

在众多领域中都需要对氢气及其浓度进行监测，且大多处于较为复杂、危险和干扰大的环境中，在这种情况下，科学家们都认为不能采用电子式的氢气传感系统，因为其传感部分为电子器件，信号传输载体为导线，这会导致电磁干扰和电火花，前者影响所处环境中的电子系统，后者会在包含含能材料的环境中（尤其是核电站中）引起灾难性的后果。为了避免电子式氢气传感系统的潜在危险，国外开始重点研究光纤氢气传感系统，因为该类传感系统在氢气监测方面具有极为突出的优势：一是安全性高，可靠性好，因为传感部分和传输部分均使用光纤，其内部传输光信号，具有良好的电绝缘性和抗电磁干扰性，能避免产生电火花，对被测环境干扰小；二是体积小，重量轻，可以任意弯曲，柔韧性极好，可以安装在狭小空间内，且安装简单，成本低；三是灵敏度高，响应时间短；四是环境适应性好，光纤材料在高温、高压、低温和强腐蚀等恶劣环境下性能稳定。

进行氢气监测的各类应用场合，均提出了对待测对象或待测区域进行大数量点数的阵列式或区域覆盖式监测的要求，例如在上述核电站、航天/航空飞行器的发动机、潜艇燃料、电站汽轮发电机机组等领域中，均需对多个部件或在多个位置监测氢气，但在国内外的相关研究中，目前已有的光纤氢气传感系统仅能在待测对象上或区域中进行单点测量，即1套光纤氢气传感系统仅能实现1个点的氢气监测，更多点数的测量，需通过多套光纤传感系统的叠加实现，随着测量点数的增多，其整套系统的复杂度、成本和体积均大幅增加，因此难以采用常规光纤氢气传感系统的简单叠加方式实现大数量点（几点、十几点乃至数十点）测量，从而急需研制一种能够实现对待测对象或待测区域进行大数量点数的阵列式或区域覆盖式氢气监测的新型光纤氢气传感系统。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出一种波分复用光纤氢气传感系统，能够满足对待测对象或待测区域进行大数量点数的阵列式或区域覆盖式氢气监测的要求。

本发明采用如下技术方案：一种可实现多点监测的波分复用光纤氢气传感系统，包括光源、光学强度调制器、光纤环形器、光纤传感头、光电探测器和信号处理单元；所述光源输出的激光经光学强度调制器进行幅度调制，调制后的激光通过光纤环形器进入光纤传感头，光纤传感头将反射的光信号经过光纤环形器到光电探测器解析后到信号处理单元，最后输出；所述光源为宽带光源，所述光纤环形器与光纤传感头和光电探测器之间分别设置有密集波分复用器，所述两个密集波分复用器之间的光路一一对应。

在上述技术方案中，所述密集波分复用器与光纤传感头之间设置有可调光纤延迟线。

在上述技术方案中，所述密集波分复用器的每一路光路分别与一个光纤传感头连接，且每一路光路中设置一根可调光纤延迟线。

在上述技术方案中，所述每一根可调光纤延迟线与光纤传感头与密集波分复用器之间分别设置有用于连接的光纤法兰。

在上述技术方案中，所述可调光纤延迟线的长度可调。

在上述技术方案中，所述与光电探测器连接的密集波分复用器的每一路光路连接一个独立的光电探测器。

在上述技术方案中，所述光纤环形器可用光纤耦合器替换。

本发明中，所述密集波分复用器为光纤通信领域的常用元器件，可有1X4（1路分为4路，后同）、1X8、1X16等多种规格，即是说一台密集波分复用器最大可以满足64个探测点的数据采集，且该技术为成熟技术。

本发明中，所述光纤传感头为单端反射式的全光纤结构，在其端面镀有氢敏材料构成的反射膜，所述氢敏材料对氢气较为敏感，主要包括纯钯膜、钯铜合金膜、钯银合金膜和钯金合金膜。

本发明中，所述光纤法兰为光纤及其接头的连接元件，为光纤通信领域的常用元器件，一般有FC、SC、LC等类型，其连接简单可靠。

本发明中，所述信号处理单元包含模拟部分和数字部分，采用微弱信号检测技术和特定的信号处理算法，获得氢气数据，并可通过输出接口将该数据发送到显示设备。