[发明专利]基于光纤双腔结构增敏及光热技术的气体传感器

说明书

基于光纤双腔结构增敏及光热技术的气体传感器，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：探测激光器、隔离器I、耦合器II依次连接，辅助激光器、隔离器III、耦合器II依次连接，耦合器II与环形器连接，泵浦光源、隔离器II、耦合器I与FP双腔结构依次连接，耦合器I还与环形器连接，环形器、滤波器和耦合器III连接，耦合器III分别连接光电探测器和光谱仪，光电探测器连接示波器。本发明将两光纤FP腔级联，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双腔结构增敏及光热技术的气体传感器，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双腔结构增敏及光热技术的气体传感器。将光纤FP腔级联结构，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FP干涉计相比，光纤FP双腔级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：基于光纤双腔结构增敏及光热技术的气体传感器，包括探测激光器、隔离器I、隔离器II、隔离器III、泵浦光源、辅助激光器、耦合器I、耦合器II、耦合器III、环形器、滤波器、光电探测器、示波器、光谱仪和FP双腔结构；

所述探测激光器、隔离器I、耦合器II依次连接，辅助激光器、隔离器III、耦合器II依次连接，耦合器II与环形器连接，泵浦光源、隔离器II、耦合器I与FP双腔结构依次连接，耦合器I还与环形器连接，环形器、滤波器和耦合器III连接，耦合器III分别连接光电探测器和光谱仪，光电探测器连接示波器；

探测光的光学路径为：探测光由探测激光器发出，经过隔离器I、耦合器II进入环形器，再经耦合器I进入FP双腔结构，然后经耦合器I、环形器、滤波器、耦合器III进入光电探测器，光电探测器将接收的探测光能量转化为电压输出给示波器；

辅助光的光学路径为：辅助光有辅助激光器发出，经过隔离器III、耦合器II进入环形器，再经耦合器I进入FP双腔结构，然后经耦合器I、环形器、滤波器、耦合器III进光谱仪；

泵浦光的光学路径为：泵浦光由泵浦光源发出，依次经过隔离器II、耦合器I进入FP双腔结构。

进一步地：光纤FP双腔级联结构(FP双腔结构)，长度在5-20毫米范围内的空芯光子晶体光纤(HC-PCF)两端分别与单模光纤I和单模光纤II熔接形成光纤FP腔I，单模光纤II的另一端被切割，形成光纤FP腔II。HC-PCF的直径与单模光纤相同均为125 微米。

进一步地：所述空芯光子晶体光纤的纤芯为空气，纤芯直径为10-30微米；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4-20个/厘米。