一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器的制作方法

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器。

背景技术：

随着全球环境污染、能源短缺以及温室效应的加剧，氢气作为一种高效、清洁、安全的绿色能源在金属焊接、航天航空助推器、燃料电池、等领域得到了广泛的应用，由于氢气分子小、点火能量小、火焰传播速度快，且空气中的氢气含量达到4％～75％，遇到明火或电火花就会发生爆炸，在生产、运输和使用的过程中不易控制，易发生泄漏。因此，制作一种安全可靠、灵敏度高的氢气传感器，以利于氢气的安全使用非常重要。氢气传感技术经过百年发展历史，到目前为止，根据氢气传感器检测原理的类型不同主要可分为接触燃烧式传感器、半导体式传感器、电化学式传感器、光学式传感器等几大类，然而目前还没有任何一种氢气传感器能完全满足所有的市场要求。已经研制出的基于电特性工作原理的氢气传感器，在使用的过程中易产生电火花，有引起爆炸的可能性。与传统的氢气传感器相比，光纤氢气传感器通过光信号进行检测，具有本质防爆、体积小、重轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高和精度高等优点。光纤氢气传感器由于具有安全和实时监测的优点，被广泛应用到氢气浓度检测。FBG氢气传感器是基于波长调制原理，这种传感器还具备多路复用的能力，能很方便的构成光纤传感器网络。但是相应的要进行波长位移的测量就需要复杂的技术和昂贵光纤器件，因此其制造成本高昂。基于集成光学微结构的氢气传感器，结构紧凑灵敏度高，但其制作过程复杂。基于干涉式光纤氢气传感器在理论上具有检测精度较高、重复性好、响应快速、连续使用积累误差小的优点，但这种形式的传感器易受温度等诸多因素的影响，且结构复杂。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器，其具有结构紧凑、易制作、成本低等优点。

本实用新型所采用的技术方案：一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器，其特征在于：所述的熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器是将两根相同除去涂覆层的单模光纤紧靠在一起置于高温下加热熔融拉锥而制成的，其中，在该传感器耦合区的侧面涂敷厚度为10-50微米的Pt/WO₃粉末。

本实用新型的有益效果是：

1.该氢气传感器的制备过程中只需将两根相同的单模光纤进行除去涂覆层熔融拉锥和涂敷Pt/WO₃粉末等工作，具有结构简单，易制备和成本低的优点。

2.所述的氢气传感器的工作原理是：氢气在Pt/WO₃粉末的催化作用下与氧气发生氧化反应释放热量，耦合区由于温度的增加受到热膨胀效应的影响长度会被拉伸，该传感器的两输出端的光功率可记为：

由上式可知，当耦合系数C一定时，拉伸长度z的变化可以改变输出端的光功率，即我们可以通过光谱仪检测该传感器的输出端的光强变化即可准确确定待测空气中氢气的浓度。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器的结构示意图。

图2为该氢气传感器测试系统示意图。

图中：1.单模光纤，2.Pt/WO₃粉末，3.宽带光源，4.气室，5.光谱仪，6.熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器。

具体实施方式

图1中，所述的一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器，其制备流程为：将两根相同的单模光纤除去涂覆层，接着将其紧靠在一起置于高温下加热熔融同时向光纤两端拉伸，最后该传感器的耦合区侧面涂敷Pt/WO₃粉末。

如图2所示将宽带光源与该氢气传感器输入端的一端相连，光谱仪与输出端的一端连接，接着将其置于气室中。在进行氢气传感实验时，氢气在Pt/WO₃粉末的催化作用下与氧气发生氧化放热反应，耦合区由于温度的增加受到热膨胀效应的影响长度会被拉伸，而该传感器的输出光功率与耦合系数和拉伸长度有关，当耦合系数一定时，拉伸长度的变化引起该传感器的输出光功率变化，耦合器的分光比也就发生变化，因此我们可以通过光谱仪检测该传感器的输出端的光强变化即可准确确定待测空气中氢气的浓度。