[实用新型]基于马赫-曾德尔干涉仪的长周期光纤光栅氢检测检测仪

说明书

本实用新型公开了基于马赫‑曾德尔干涉仪的长周期光纤光栅氢检测检测仪，由宽带光源，光纤耦合器，气室，进气口，出气口，马赫‑曾德尔LPG光纤结构，钯‑金‑钯‑金‑钯合金层，检测腔，光电二极管，功率放大模块，扬声器组成。当检测仪处于含有氢气的环境中，氢气与光纤表面的钯‑金‑钯‑金‑钯合金层反应。氢气浓度发生变化时，光纤光栅对的透射光谱产生变化，即光电二极管接收到的干涉光信号强度变化，从而产生电流的变化，获得氢气浓度与电流变化关系。把电信号进行功率放大，在超过设定阈值后由扬声器告警。由于光纤优秀的物理、化学特性，该发明具有耐腐蚀，抗电磁干扰能力强、复用性好、使用方便的优点，具有很好的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于氢浓度测量的技术领域，具体涉及一种基于马赫-曾德尔干涉仪的长周期光纤光栅氢检测检测仪。

背景技术

基于马赫-曾德尔干涉仪结构的各种功能型光纤光栅传感器自1991年开始迅速发展，极大的推动了传感技术的发展，拓宽了光纤光栅的应用范围。

由于光纤具有轻便，价格低廉，抗电磁干扰，耐腐蚀等优点，在传感检测中具有很好的实用价值。

马赫-曾德尔光纤结构由两段相同的长周期光纤光栅(LGP)构成，避免了拉锥、蚀刻等加工过程，制备过程简单。

由于钯对于氢气有唯一选择性与较高的响应速度，钯-金-钯-金-钯合金层能有效消除了纯钯与氢气反应时产生相变、零点漂移的现象，故钯-金-钯-金-钯合金是理想的氢气检测传感材料，所以在本实验中采用金、钯作为传感材料。

光电二极管是把光信号转换成电信号的光电传感器件，它的工作原理是基于光电效应,利用这个特性可以改变输出电流的大小，从而实现对光强变化的测量，且具有体积小、寿命长、量子效率高、无需高电压等优点，已经被广泛使用。

发明内容

针对现有光纤光栅结构氢气传感器的不足，本发明的目的在于以马赫-曾德尔LPG光纤结构为传感器主要结构，以透射光谱的干涉峰阈值的变化，干涉峰所在波长的位移为基础，及长周期光纤光栅(LPG)加工简单，耦合灵敏度高的优点,实现氢气浓度的测量，并在氢气浓度达到阈值时实现及时告警，解决了基于布拉格光纤光栅(FBG)的氢传感器敏感度低，制备过程繁琐、复杂的缺点。

本发明通过以下技术方案实现：基于马赫-曾德尔干涉仪的长周期光纤光栅氢检测检测仪，由宽带光源(1)，光纤耦合器(2)，气室(3)，进气口(4)，出气口(5)，马赫- 曾德尔LPG光纤结构(6)，钯-金-钯-金-钯合金层(7)，检测腔(8)，光电二极管(9)，功率放大模块(10)，扬声器(11)组成；其特征在于：宽带光源(1)通过光纤与光纤耦合器(2)连接到马赫-曾德尔LPG光纤结构(6)，马赫-曾德尔LPG光纤结构(6)固定在密闭不透光的气室(3)中，马赫-曾德尔LPG光纤结构(6)两段LGP中心距离为50毫米，光栅长度为20毫米，光栅周期为500微米，马赫-曾德尔LPG光纤结构(6)的光纤光栅中心波长为1550纳米，钯-金-钯-金-钯合金层(7)的厚度为100纳米，钯-金-钯-金-钯合金层(7) 中钯层厚度为10-20纳米，金层厚度范围为20-30纳米，钯-金-钯-金-钯合金层(7)沿光纤轴向长度为70毫米；通过光纤耦合器(2)与光纤连接到基于光电二极管(9)的检测腔(8)，气室(3)中的氢气浓度发生变化时，光电二极管(9)接收到的干涉光信号强度发生变化，从而产生的电流发生变化，获得氢气浓度与电流变化的关系，把光电二极管(9)产生的电信号输入功率放大模块(8)，放大后的电信号在该模块中通过集成运放芯片与设定值进行比较，在超过阈值后通过扬声器(9)实现告警。

所述的扬声器(9)采用5V电压驱动。

所述的检测腔(6)的材料为聚乙烯，为双开口立方体，长为25mm，宽度为15mm，高为15mm，厚度为3mm。

所述马赫-曾德尔LPG光纤结构(4)的光纤光栅中心波长均为1550nm。