[发明专利]一种基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置

权利要求书

1.一种基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置，其特征在于，包括：

激光器，用于产生激光；

敏感光路结构，设置于激光器输出端，包括第一耦合器、充有硫化氢气体的气室、第二耦合器，气室内包括两路光路，一路为全光纤的参考传输臂光路，另一路为填充有对硫化氢气体敏感的有机化合物的V型槽和两端的光纤准直头构成的测量传输臂光路，激光经第一耦合器将光束分为两束光，一束光通过参考传输臂光路输出，另一束光通过测量传输臂光路输出，并都进入第二耦合器，输出三束光；

信号处理模块，设置于第二耦合器输出端，用于根据第二耦合器输出的光束，进行光电信号转化，并利用相位解调算法计算得到硫化氢气体浓度；

信号处理器模块包括光探测器、放大器、A/D采样模块以及嵌入式计算机，光探测器用于将第二耦合器输出的光转换成电信号，通过放大器放大、A/D采样模块采样后，输入嵌入式计算机处理，嵌入式计算机利用相位解调算法计算得到硫化氢气体浓度；

所述嵌入式计算机用于利用相位解调算法获得光信号的相位差变化量，并根据所述相位差变化量，获得硫化氢气体的折射率变化量，从而根据所述硫化氢气体的折射率变化量获得硫化氢气体的浓度，具体如下：

由该第二耦合器输出端输出的光束的功率分别为：

其中，为信号，为噪声，A为直流项，B为输入光强；

分别对(1)、(2)、(3)微分后得到(4)、(5)、(6)

其中一个消除直流量的信号与另外两个微分信号之差相乘，即

(7)、(8)、(9)三式相加比上直流分量的平方和得到(10)

积分后即可得到滤波后就可以得到

其中k₀＝2π/λ，Δl为两臂差，为与初始值之差，由此得到Δn，Δn为折射率的改变量，而折射率的改变量对应于硫化氢气体的浓度，从而得到硫化氢气体的浓度；

所述对硫化氢气体敏感的有机化合物具体为：在PMMA溶液中加入聚乙烯亚胺PEI和丙酮配置成的混合液注入毛细管而制成的聚合物光纤；具体的制作过程为，调整该聚乙烯亚胺PEI的含量，然后，放置于高浓度硫化氢气室中，静置后扫描紫外透光光谱，并与未用硫化氢气体处理的薄膜紫外透光光谱相比较，从而得到硫化氢气体比较敏感的PMMA和PEI溶液比例，进而将配置好的溶液注入毛细管，固化后形成聚合物光纤。

2.根据权利要求1所述的基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置，其特征在于，所述V型槽内设置有外径与光纤准直头直径相同且内径与光纤相同的玻璃毛细管，用于传输激光，在所述玻璃毛细管内填充有对硫化氢气体敏感的有机化合物。