[发明专利]一种基于多芯耦合光纤的氢气传感器

说明书

本发明提供一种基于多芯耦合光纤的氢气传感器，包括传感光学结构和氢气敏感膜；传感光学结构由依次熔接在一起的第一单模光纤、多芯耦合光纤和第二单模光纤组成；所述的多芯耦合光纤是指纤芯之间的芯间距小到能够使得相邻纤芯之间发生干涉的多芯光纤；多芯耦合光纤附着在所述的氢气敏感膜上。本发明传感器至需要简单的熔接即可制备得到，所制备的传感器输出干涉光谱具有干涉条纹周期性好、解调更加高效、对折射率灵敏度非常高的优点。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种基于多芯耦合光纤的氢气传感器。

背景技术

资源和环境的可持续发展促进能源结构转型，发展新能源汽车是我国的一项重要战略。氢能源作为一种重要的清洁能源和化工原料，在航空航天、燃料电池、合成氨工业等领域己经得到应用。由于氢气具有易燃易爆以及无色无味等特性，在泄漏后难以察觉。近年来，由于氢能源的研究热潮，氢气泄露所导致的爆炸事故屡见不鲜，因此安全检测氢气浓度并进行及时预警在这些领域显得尤为重要。

传统的电化学传感器采用电缆和电信号作为传输媒介，因而仍然具有潜在爆炸的危险；另外传感探头工作温度过高，导致传感器对其他可燃性气体具有交叉敏感的可能性，因此传统的电化学传感器在这些领域难以满足安全可靠监测氢气浓度的需求。

光纤氢气传感器采用微弱的光信号作为传输媒介，具有安全性好、抗电磁干扰、耐腐蚀及体积小等优点，是实现氢气泄露安全预警的理想方案。

现有光纤氢气传感方法包括利用光栅作为传感元件和利用折射率变化监测氢气浓度的方法。本专利基于折射率传感方法，归属后一类方法。

利用光栅作为传感元件测量氢气的原理是在光栅上镀一层氢敏感薄膜，在氢气环境下氢敏薄膜会发生膨胀或者产生热效应，使得光栅的中心波长发生漂移，通过分析氢气浓度与光栅波长之间的关系便可以达到检测氢气的目的。

基于折射率调制原理的氢气传感方法包括长周期光栅（LPG）氢气传感器。该传感器利用了长周期光栅对包层折射率敏感的特性，通过捕捉长周期光栅透射谱的谱峰波长变化来映射包层上所镀氢致敏感膜折射率的变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于多芯耦合光纤的氢气传感器。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于多芯耦合光纤的氢气传感器，其特征在于：本传感器包括传感光学结构和氢气敏感膜；其中，

传感光学结构由依次熔接在一起的第一单模光纤、多芯耦合光纤和第二单模光纤组成；所述的多芯耦合光纤是指纤芯之间的芯间距小到能够使得相邻纤芯之间发生干涉的多芯光纤；

多芯耦合光纤附着在所述的氢气敏感膜上。

按上述方案，所述的氢气敏感膜镀在基底上。

按上述方案，所述的基底由高分子材料制成。

按上述方案，所述的氢气敏感膜为钯或钯合金敏感膜。

按上述方案，所述的多芯耦合光纤中，纤芯之间的芯间距为100 nm-10 μm。

按上述方案，所述的多芯耦合光纤通过以下三种方式之一获得：

1）多芯通信光纤经高温熔融拉锥得到；

2）预先设计预制棒，进而通过光纤预制棒拉丝工艺得到；

3）将多个单模光纤熔在一根玻璃管中，进而拉丝得到。

一种氢气浓度检测系统，其特征在于：它包括依次连接的宽带光源、所述的氢气传感器、以及光谱仪构成；其中，氢气传感器设置在待测环境中；