专利名称：基于光纤布拉格光栅的甲烷分布式检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及了一种基于光纤布拉格光栅的甲烷气体浓度分布式检测装置。
背景技术：
甲烷在日常生活和工业生产中应用广泛，如沼气、天然气和家庭用燃气都含有甲烷，同时它也是一种易燃易爆气体，在空气中浓度超过5.9％就极易引起爆炸。《煤矿安全规程》明文规定要对煤矿中的甲烷含量进行多点、实时的高精度监测。
现有应用比较广泛的甲烷测量方法主要包括催化氧化法和光谱吸收法。其中催化氧化法利用催化剂催化甲烷和氧气的氧化反应，将化学能转化为热能，由热敏电阻测出温度的变化，从而得到甲烷浓度值。该方法一般只能达到0.1％的测量精度，而且电路部分容易受外界电磁干扰，影响测量准确度；由于需要电源供电，有发出电火花的安全隐患；该方法还不利于实现分布式传感。另一种光谱吸收法，利用Lambert-Beer定律，通过测甲烷对特定波长的光能量的损耗来确定气体浓度，该方法测量精度较高，但由于需要通过几何光学的方法来增大光程以提高测量灵敏度，所以集成性相对较差，而且实现分布式测量难度很大。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种安全、精度高、分布式的基于光纤布拉格光栅的甲烷气体浓度检测装置。
本实用新型包括n(n≥3)个通过光纤串联的光纤布拉格光栅，各个光纤布拉格光栅的反射峰波长位置间隔大于2纳米；每个光纤布拉格光栅表面镀有一层厚度为1～5微米的铂膜；一覆盖所有光纤布拉格光栅反射峰波长的宽带光源与环型器的①端口通过光纤连接，环型器的②端口与光纤布拉格光栅组的一端通过光纤连接，环型器的③端口与光纤布拉格光栅波分复用解调系统通过光纤连接。
其中光纤布拉格光栅波分复用解调系统可以通过市场购买取得，例如英国SMARTFIBRES公司的W3系列光纤布拉格光栅波分复用解调系统。
本实用新型利用铂膜作为催化剂。待测气体中的甲烷与空气中的氧气发生氧化反应放出热量，使铂膜附近温度升高，导致光纤布拉格光栅反射峰位置漂移。利用光栅反射峰位置漂移与甲烷浓度之间的线性关系，通过测量光栅反射峰位置漂移量即可测得甲烷气体浓度。
本实用新型通过一组串联的镀有铂膜的光纤布拉格光栅进行甲烷气体浓度检测，可以实现分布式、远距离的测量。由于本实用新型的传感部分完全无电源，用于甲烷气体浓度监测非常安全。同时本发明还兼具抗电磁干扰能力强、结构简洁安装方便等优点。
图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
如图1，选择一组各个反射峰波长位置间隔3个纳米的光纤布拉格光栅4进行串联；运用真空镀膜技术在每个光纤布拉格光栅4表面镀上一层3微米的铂膜3，作为催化剂。在催化剂的作用下，待测气体中的甲烷与空气中的氧气发生氧化反应放出热量，使铂膜3附近温度升高，导致光纤布拉格光栅4反射峰位置漂移。覆盖所有光纤布拉格光栅反射峰波长的宽带光源1与环型器2的①端口通过光纤连接，环型器2的②端口与一组镀有铂膜3的光纤布拉格光栅4通过光纤连接，环型器2的③端口与光纤布拉格光栅波分复用解调系统5通过光纤连接。
工作中首先对光栅反射峰位置漂移与甲烷浓度的关系进行定标，用线性拟合的方法获得光栅反射峰位置漂移与甲烷浓度之间的线性关系。然后实际测量每个光栅的波长漂移量Δλ(pm)，通过每个光栅的波长漂移量Δλ(pm)与甲烷浓度n(％)的关系，获得光栅对应位置测量点的甲烷气体浓度信息。
本实用新型具有测量精度高、安全性能好、分布式传感、抗电磁干扰和结构简洁安装方便等优点。
权利要求1.基于光纤布拉格光栅的甲烷分布式检测装置，包括n个通过光纤串联的光纤布拉格光栅，n≥3，其特征在于各个光纤布拉格光栅的反射峰波长位置间隔大于2纳米；每个光纤布拉格光栅表面镀有一层厚度为1～5微米的铂膜；一覆盖所有光纤布拉格光栅反射峰波长的宽带光源与环型器的①端口通过光纤连接，环型器的②端口与光纤布拉格光栅组的一端通过光纤连接，环型器的③端口与光纤布拉格光栅波分复用解调系统通过光纤连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于光纤布拉格光栅的甲烷气体浓度分布式检测装置。现有的甲烷浓度测量方法难以实现分布式测量。本实用新型在光纤布拉格光栅上镀上一层厚1～5微米的铂膜，金属铂作为催化剂催化外界气体中的甲烷与氧气发生氧化反应，将化学能转化为热能，光纤布拉格光栅的反射峰位置随温度的变化而变化，通过确定反射峰波长获得待测气体中甲烷的浓度信息。利用宽带光源、波分复用的一组串联的光纤布拉格光栅和光纤布拉格光栅解调系统，可实现多个甲烷传感器的分布式测量。
文档编号G01N25/20GK2903978SQ20062010042
公开日2007年5月23日 申请日期2006年1月17日 优先权日2006年1月17日
发明者管祖光, 陈达如, 何赛灵 申请人:浙江大学