[实用新型]基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器

说明书

本实用新型提供了基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器。气体传感器包括第一激光器、第一隔离器、耦合器、Sagnac环、环形器、第二隔离器、第二激光器、滤波器和光电探测器；Sagnac环内含有一段空芯光子晶体光纤，包层内部分气孔充酒精，空芯则充被测气体；第二激光器的输出波长与被检测气体的吸收谱峰重合，其输出的泵浦光经第二隔离器和环形器后进入空芯光子晶体光纤，并与纤芯内被检测气体相互作用；第一激光器的输出波长则与被测气体的吸收谱波谷重合，其输出的窄带信号光经第一隔离器和耦合器后进入Sagnac环内，再经环形器，经过滤波器后，由光电探测器接受。通过测量信号光的光强变化，即电压变化量，最终获得被测气体浓度的变化。

技术领域

本专利涉及光纤气体传感技术，尤其涉及一种基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器。

背景技术

对于气体浓度的测量，通常采用空间光谱吸收法进行测量，为了提高灵敏度需要大体积气室，导致仪器体积庞大，难以实现在线检测。

光纤气体传感技术在气体检测技术中属于后起之秀，在20世纪70年代才走进人们的视野。光纤气体传感器传输功率损耗小，适合长距离测量，在高温、高压等恶劣环境下有较强优势，结构简单，灵敏度高，稳定可靠。鉴于以上种种独特的优势得到了众多科研工作者的青睐，在实际应用中的地位也逐渐提升。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器，以至少解决现有气体浓度检测技术存在仪器体积庞大、难以实现在线检测的问题，以及现有的光纤气体传感器灵敏度偏低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器，该基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器包括第一激光器、第一隔离器、耦合器、Sagnac环、环形器、第二隔离器、第二激光器、滤波器和光电探测器；

其中，耦合器的分光比为50:50；Sagnac环内含有一段空芯光子晶体光纤，其包层内部分气孔充入酒精，使其成为双折射光纤，纤芯孔则充入被测气体；第二激光器的输出波长与被检测气体的吸收谱峰重合，第二激光器输出的泵浦光经第二隔离器和环形器后进入空芯光子晶体光纤，并与空芯光子晶体光纤芯内的被检测气体相互作用，使得温度发生变化进而改变了空芯光子晶体光纤的双折射系数；第一激光器的输出波长与被测气体的吸收谱波谷重合，第一激光器输出的窄带信号光经第一隔离器和耦合器后进入Sagnac环内，再经环形器，然后通过滤波器滤掉残余泵浦光后，由光电探测器接收。

进一步地，Sagnac环包括长度为第一预设长度的空芯光子晶体光纤，该段空芯光子晶体光纤的一端与第一单模光纤的一段相熔接，称为第一熔接面；该段空芯光子晶体光纤的另一端与第二单模光纤的一端相熔接，称为第二熔接面；在空芯光子晶体光纤的侧面上距离第一熔接面第一距离处开有第一孔，第一孔使得空芯光子晶体光纤内纤芯与外界连通；在空芯光子晶体光纤的侧面上距离第二熔接面第二距离处开有第二孔，第二孔使得空芯光子晶体光纤内纤芯与外界连通。

进一步地，窄带信号与泵浦光均为DFB激光器，其线宽为0.01pm。