[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

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤M‑Z干涉仪检测硫化氢气体的装置，包括：激光器，用于产生激光光源；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，激光光源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，进行光电信号转换，并利用相位解调算法计算得到硫化氢气体浓度，进而提高了测量灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置。

背景技术

硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度硫化氢气体具有臭鸡蛋气味，燃烧时带蓝色火焰，并产生对眼和肺非常有害的二氧化硫气体。硫化氢气体不仅对人体的危害很大，对设备也有很强的腐蚀作用。因此对硫化氢气体的检测显得尤为重要。检测硫化氢气体的方法有很多，一般分为电化学的方法和光学传感器的方法。光学传感器相对于传统的电化学的方法具有更小的体积、质量更轻、抗干扰能力更强、抗辐射性更好的优点。

光学气体传感器的类型有很多，常用的是光谱吸收型、倏逝波型和折射率改变型等。光谱吸收型硫化氢气体传感器的原理是每种气体都有固有的光吸收谱线，当光源的发射谱与气体的吸收谱相吻合时，就会发生共振吸收，依据吸收量就可以测量出该气体的浓度。当半导体激光器发射出的激光束穿过硫化氢气体后，由光电探测器接收并进行检测。如果激光束的频率等于硫化氢分子的自然震动频率，硫化氢分子便会吸收入射光束的能量。通过检测这种吸收作用，就可以对硫化氢气体浓度进行测量。光谱吸收法的优点是检测范围广，很少受杂质影响，分析结果精确，而且绿色环保，有较大的发展空间。但缺点是仪器价格昂贵，操作方法专业性强，主要在专业的研究机构和检测机构应用较多。

倏逝场型气体传感器的基本原理是：光在波导中传播时存在以光轴为中心轴，向两侧迅速衰减的倏逝波。利用硫化氢气体作用影响倏逝波的衰减，进而影响波导输出光强度，检测其输出光强度的变化便可得到硫化氢气体的浓度。倏逝波型硫化氢气体传感器又可分为以下几种结构：D型光纤传感器、锥形光纤传感器、纤芯裸露型光纤传感器等。倏逝波光纤硫化氢传感器具有传感长度较长，结构简单，适合分布式及远距离测量等独特优点，但存在如何解决表面污染严重的问题，虽然可以用高分子隔离膜防止较大污染物进入倏逝场区域，但仍有一些与硫化氢气体分子体积相近的分子，同样可通过隔离膜进入倏逝场区域，从而影响传感器的灵敏度。

折射率改变型硫化氢气体传感器，它的原理是：利用某些材料的折射率对硫化氢气体敏感的特性，代替光纤包层涂覆于光纤表面，通过测量折射率变化所引起的光纤或者波导参数(有效折射率、双折射、或损耗等)的变化，该类传感器既可用光强检测，也可用干涉法来测量硫化氢气体的浓度。折射率改变型硫化氢气体传感器具有结构简单、成本低廉等特点，尤其是可采用相干测量来获得高灵敏度，具有极高的研究价值。目前首要的是解决其相关的镀膜技术以及防止膜层污染的方法。

但是，现有采用的检测硫化氢气体的传感器结构比较复杂，操作专业性强，存在灵敏度不高的技术问题。

发明内容

本发明实施例通过提供一种基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置，解决了现有采用的检测硫化氢气体的传感器结构比较复杂，操作专业性强，存在灵敏度不高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于光纤M-Z干涉仪检测硫化氢气体的装置，包括：

激光器，用于产生激光光源；