[发明专利]高灵敏度双通道光子晶体光纤气体传感器及其测量方法

说明书

本发明提供一种高灵敏度双通道光子晶体光纤气体传感器及其测量方法，3dB耦合器分别连接宽谱光源、光谱分析仪、偏振控制器、气体浓度传感头，偏振控制器、气体浓度传感头通过普通传导光纤连接；气体浓度传感头包括外壳和光子晶体光纤，光子晶体光纤的纤芯两端通过光纤连接器与普通传导光纤相连。宽谱光源发出的光经过普通传导光纤耦合至由光子晶体光纤制作的气体浓度传感头上，光子晶体光纤是包层含有镀膜的氢气通道、甲烷通道作为集气室，待测气体进入到空白气孔；光子晶体光纤对所感知的气体浓度而产生参数和模场变化，从而引起光谱仪输出光谱曲线的变化，再利用数学工具，最终实现气体浓度的测量。本发明具有高气体浓度灵敏度。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度双通道光子晶体光纤气体传感器及其测量方法。

背景技术

日常生活、电力系统、石油天然气采集等环境需要测量多种有害气体浓度。常见的传统光纤型气体浓度传感器是由光源、气敏性薄膜、光探测器、信号处理系统等部分组成。其基本原理是：

(1)待检测气体进入光纤空气孔。

(2)光源入射的光进入调制区。

(3)光在通过调制区的光纤时与外界被测参数相互作用，使入射光的某些光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光。

(4)被调制的信号光出射进入光探测器、解调器而获得被测参数，从而得出待检测气体的浓度情况。

现有技术存在的缺点：

1.传统光纤型气体浓度传感器的传感单元为普通光纤，光纤物理特性随气体浓度变化小，其气体浓度灵敏度较低。

2.受光纤结构与材料的限制存在的偏振态漂移、模间干扰等问题，影响气体浓度测量。导致的原因：

1.普通光纤材料与结构的单一性，普遍不与气体反应，导致光纤中传输光的强度、波长、相位或偏振态等待测物理量随气体浓度的变化量较小；

2.依据全反射原理的传统单芯光纤结构容易产生偏振态漂移、模间干扰等问题，影响对气体浓度的测量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种一种高灵敏度双通道光子晶体光纤气体传感器及其测量方法，目的在于：

解决如下问题：

1.提高传感器灵敏度，增多检测气体的种类：

通过设计新型的PCF结构、选用合适且不同的气敏材料，实现了高灵敏度、多种类的气体浓度传感效果。

2.消除偏振态漂移、模间干扰等问题：

采用双芯镀膜结构的气体浓度传感光纤，可对该类问题起到抑制作用，达到更好的气体浓度测量效果。

本发明提出了一种新型双芯光子晶体光纤气体浓度传感结构，并在该光子晶体光纤结构内镀不同气敏性薄膜。通过对该光子晶体光纤的气体浓度传感模型进行仿真分析，进一步优化该光子晶体光纤的结构参数，得出具有高灵敏度检测多种气体浓度的传感型光子晶体光纤，该光纤检测气体种类大于传统光纤传感种类，适于传感区间内的高灵敏度气体浓度传感。

具体的技术方案为：

一种高灵敏度双通道光子晶体光纤气体传感器，包括3dB耦合器，3dB耦合器分别连接宽谱光源、光谱分析仪、偏振控制器、气体浓度传感头，所述的偏振控制器、气体浓度传感头通过普通传导光纤连接；

具体的气体浓度传感头包括外壳和光子晶体光纤，所述的光子晶体光纤的纤芯两端通过光纤连接器与普通传导光纤相连。