[发明专利]基于光纤Sagnac双环并联结构的光谱探测型气体传感器

说明书

基于光纤Sagnac双环并联结构的光谱探测型气体传感器，属于气体浓度测量技术领域。本发明解决了现有光纤气体传感器的灵敏度有待提升的问题。创新点：熊猫光纤和耦合器I构成Sagnac干涉计I，保偏空芯光子晶体光纤和耦合器II构成Sagnac干涉计II；宽谱光源、隔离器I和耦合器III依次连接，泵浦激光器、隔离器II与环形器依次连接；环形器、滤波器、光谱仪依次连接；Sagnac干涉计I和Sagnac干涉计II并联设置在耦合器III与耦合器IV之间的光路上。本发明将两个Sagnac干涉计并联，使其产生游标效应，利用游标效应的增敏特性来提高气体测量灵敏度，使被测气体测量灵敏度提高1‑2个数量级。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器，具体涉及一种基于光纤Sagnac双环并联结构的光谱探测型气体传感器，属于气体浓度测量技术领域。

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，但是现有光纤气体传感器的灵敏度还有待提升。

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，本发明为了解决现有光纤气体传感器的灵敏度有待提升的问题，进而提供一种基于光纤Sagnac双环并联结构的光谱探测型气体传感器。将两个Sagnac干涉计并联，使其产生游标效应，利用游标效应的增敏特性来提高气体测量灵敏度。与单个的Sagnac干涉计相比，双Sagnac干涉计并联结构可以使被测气体测量灵敏度提高1-2个数量级。

方案：基于光纤Sagnac双环并联结构的光谱探测型气体传感器，包括宽谱光源、隔离器I、耦合器I、耦合器II、耦合器III、耦合器IV、熊猫光纤、泵浦激光器、隔离器II、环形器、滤波器、光谱仪和保偏空芯光子晶体光纤；所述熊猫光纤和耦合器I构成Sagnac干涉计I，保偏空芯光子晶体光纤和耦合器II构成Sagnac干涉计II；

所述宽谱光源、隔离器I和耦合器III依次连接，所述泵浦激光器、隔离器II与环形器依次连接；所述环形器、滤波器、光谱仪依次连接；Sagnac干涉计I和Sagnac干涉计II并联设置在耦合器III与耦合器IV之间的光路上；

探测光的光学路径为：探测光由宽谱光源发出，经过隔离器I，进入耦合器III分成两束光；一束光经耦合器I进入熊猫光纤，再经耦合器I进入耦合器IV，另一束光经耦合器II进入保偏空芯光子晶体光纤，再经耦合器II进入耦合器IV，两束光于耦合器IV合成一束光后依次进入环形器、滤波器和光谱仪；

泵浦光的光学路径为：泵浦光由泵浦激光器发出，依次经过隔离器II、环形器、耦合器IV、耦合器II，然后进入保偏空芯光子晶体光纤。

进一步地：所述熊猫光纤和保偏空芯光子晶体光纤的长度均为0.5-5米，熊猫光纤和保偏空芯光子晶体光纤(保偏HC-PCF)的两端均分别与单模光纤熔接，熊猫光纤和保偏空芯光子晶体光纤的直径与单模光纤相同均为125微米。

进一步地：所述保偏空芯光子晶体光纤的纤芯为空气，纤芯直径为10-30微米；熊猫光纤和保偏空芯光子晶体光纤的侧面有多个开孔，保证其纤芯与外界相通，开孔的直径为5-20微米，开孔的密度为10-100个/米。