明提出的基于空巧光子晶體光纖的反射式氣體傳感探頭，其傳感探頭具有獨(dú) 特的反射結(jié)構(gòu)，使得在不增加設(shè)備復(fù)雜度的情況下，光在光子晶體光纖氣室中可W往返傳 播一次，進(jìn)一步增大了光與氣體之間的有效作用距離，靈敏度更高，且易于實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的探 頭，入射光與反射光共用一根光纖傳輸，極大地方便了光信號(hào)的遠(yuǎn)傳，為基于空巧光子晶體 光纖氣體傳感器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供了一種切實(shí)可行的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為基于空巧光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)的工作原理圖； 圖2為基于空巧光子晶體光纖的反射式氣體傳感探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0015] 本發(fā)明提出基于空巧光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，將光子晶體光纖作為 氣室實(shí)現(xiàn)全光纖式氣體測(cè)量。氣體傳感系統(tǒng)如圖1所示，其工作過(guò)程為；從光源1發(fā)出的光 信號(hào)首先進(jìn)入環(huán)形器2的端口A，再?gòu)沫h(huán)形器2的端口B輸出進(jìn)入氣體測(cè)量的傳感探頭3， 當(dāng)光信號(hào)分別經(jīng)由傳感探頭3內(nèi)的單模光纖31、空巧光子晶體光纖32、多模光纖33后，將 在多模光纖33尾端的高反射鏡34處產(chǎn)生反射，反射率大于97%，而反射回來(lái)的信號(hào)又經(jīng)多 模光纖33、空巧光子晶體光纖32、單模光纖31后回入環(huán)形器2的端口B，之后由環(huán)形器2的 端口C輸出，最后，該個(gè)信號(hào)將進(jìn)入后續(xù)的光譜解調(diào)單元4進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。
[0016]假設(shè)所用的空巧光子晶體光纖的長(zhǎng)度為Z，待測(cè)氣體的吸收系數(shù)為濃度為G則由朗伯-比爾定律可得：
(1) 式中，/。、/分別為進(jìn)入傳感探頭前后光強(qiáng)的大小，/為空巧光子晶體光纖纖巧內(nèi)的光功 率分布比例；巧3傳感探頭內(nèi)光纖鏈路W及禪合接頭處的損耗引起的光強(qiáng)衰減比例。當(dāng)傳 感探頭確定后，巧日盧均為已知，則由公式（1)可知，通過(guò)對(duì)比/。、/的大小即可反推出空巧 光子晶體光纖32內(nèi)的待測(cè)氣體濃度C。
[0017] 基于空巧光子晶體光纖的反射式氣體傳感探頭的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，該傳感探 頭由單模光纖31、空巧光子晶體光纖32、多模光纖33、高反射鏡34、保護(hù)玻璃35、有機(jī)玻璃 箱36、有機(jī)玻璃箱37組成，其中，單模光纖31與空巧光子晶體光纖32之間的間距為20ym， 兩者的連接處位于密封的有機(jī)玻璃箱36內(nèi)，連接端口分別配有裸纖適配器6和裸纖適配器 7,通過(guò)陶瓷纖巧8將兩個(gè)裸纖適配器連接起來(lái)，陶瓷纖巧的側(cè)面開(kāi)有0. 5mm的縫隙，方便氣 體進(jìn)出，有機(jī)玻璃箱36的頂端連接一個(gè)外徑為8mm、內(nèi)徑為5mm的有機(jī)玻璃管14用作出氣 口；空巧光子晶體光纖32與多模光纖33之間的間距為50ym，兩者的連接處位于密封的有 機(jī)玻璃箱37內(nèi)，連接端口分別配有裸纖適配器10和裸纖適配器11，通過(guò)陶瓷纖巧12將兩 個(gè)裸纖適配器連接起來(lái)，陶瓷纖巧的側(cè)面開(kāi)有0. 5mm的縫隙，方便待測(cè)氣體流入光子晶體 光纖纖巧內(nèi)，有機(jī)玻璃箱37的頂端連接一個(gè)外徑為8mm、內(nèi)徑為5mm的有機(jī)玻璃管15用作 進(jìn)氣口；多模光纖33與高反射鏡34直接烙融連接，高反射鏡34周?chē)帽Ｗo(hù)玻璃35包裹起 來(lái)，起到保護(hù)和防污染的作用；有機(jī)玻璃箱36和有機(jī)玻璃箱37均用螺絲固定在一個(gè)光學(xué) 平臺(tái)5上，該樣不僅可W起到固定氣室的作用，而且可W根據(jù)需要，隨時(shí)方便地移動(dòng)整個(gè)氣 室；有機(jī)玻璃箱36和有機(jī)玻璃箱37的底部通過(guò)一個(gè)125ym寬的V型槽13連接，可將單模 光纖31、空巧光子晶體光纖32、多模光纖33嵌入在該V型槽內(nèi)，W防止光纖的彎曲、折斷、 或隨外界的震動(dòng)而擺動(dòng)。
[001引該傳感探頭集光纖禪合、氣體填充、機(jī)械固定于一體，具有微型化、高禪合效率、快 速填充、長(zhǎng)吸收光程長(zhǎng)、穩(wěn)定性高、可盤(pán)繞、可彎曲等優(yōu)異特性。此外，其獨(dú)特的反射結(jié)構(gòu)可 使光在光子晶體光纖氣室中可W往返傳播一次，進(jìn)一步增大了光與氣體之間的有效作用距 離，靈敏度更高，且易于實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的探頭，入射光與反射光共用一根光纖傳輸，極大地方便 了光信號(hào)的遠(yuǎn)傳，為基于空巧光子晶體光纖氣體傳感器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供了一種切 實(shí)可行的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：從光源1發(fā)出的光信 號(hào)首先進(jìn)入環(huán)形器2的端口 A，再?gòu)沫h(huán)形器2的端口 B輸出進(jìn)入氣體測(cè)量的傳感探頭3,該 傳感探頭由單模光纖31、空芯光子晶體光纖32、多模光纖33、高反射鏡34、保護(hù)玻璃35、有 機(jī)玻璃箱36、有機(jī)玻璃箱37組成，其中，單模光纖31與空芯光子晶體光纖32之間的間距為 20 y m，兩者的連接處位于密封的有機(jī)玻璃箱36內(nèi)，空芯光子晶體光纖32與多模光纖33之 間的間距為50 y m，兩者的連接處位于密封的有機(jī)玻璃箱37內(nèi)，多模光纖33與高反射鏡34 直接熔融連接，高反射鏡34周?chē)帽Ｗo(hù)玻璃35包裹起來(lái)，起到保護(hù)和防污染的作用，這樣， 當(dāng)光信號(hào)分別經(jīng)由單模光纖31、空芯光子晶體光纖32、多模光纖33后，將在多模光纖33尾 端的高反射鏡34處產(chǎn)生反射，而反射回來(lái)的信號(hào)又經(jīng)多模光纖33、空芯光子晶體光纖32、 單模光纖31后回入環(huán)形器2的端口 B，之后由環(huán)形器2的端口 C輸出至光譜解調(diào)單元4進(jìn) 行數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)而可推算出空芯光子晶體光纖32內(nèi)的待測(cè)氣體濃度。2. 如權(quán)利要求1所述基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：所 述的有機(jī)玻璃箱36和有機(jī)玻璃箱37均用螺絲固定在一個(gè)光學(xué)平臺(tái)5上，這樣不僅可以起 到固定傳感探頭的作用，而且可以根據(jù)需要，隨時(shí)方便地移動(dòng)整個(gè)傳感探頭。3. 如權(quán)利要求1所述基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：所 述的單模光纖31與空芯光子晶體光纖32的連接端口分別配有裸纖適配器6和裸纖適配器 7,通過(guò)陶瓷纖芯8將兩個(gè)裸纖適配器連接起來(lái)，陶瓷纖芯的側(cè)面開(kāi)有0. 5mm的縫隙，兩個(gè)裸 纖適配器的主體部分用中間開(kāi)槽的有機(jī)玻璃9夾持，并用螺絲固定。4. 如權(quán)利要求1所述基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：所 述的多模光纖33與空芯光子晶體光纖32的連接端口分別配有裸纖適配器10和裸纖適配 器11，通過(guò)陶瓷纖芯12將兩個(gè)裸纖適配器連接起來(lái)，陶瓷纖芯的側(cè)面開(kāi)有0. 5mm的縫隙，兩 個(gè)裸纖適配器的主體部用中間開(kāi)槽的有機(jī)玻璃9夾持，并用螺絲固定。5. 如權(quán)利要求1所述基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：所 述的有機(jī)玻璃箱36和有機(jī)玻璃箱37的底部通過(guò)一個(gè)V型槽13連接，V型槽13的開(kāi)口寬 度為125 y m，可將單模光纖31、空芯光子晶體光纖32、多模光纖33嵌入在該V型槽內(nèi)，以防 止光纖的彎曲、折斷、或隨外界的震動(dòng)而擺動(dòng)。6. 如權(quán)利要求1所述基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于：所 述的有機(jī)玻璃箱36和有機(jī)玻璃箱37的頂端均連接一個(gè)外徑為8mm、內(nèi)徑為5mm的有機(jī)玻璃 管，與有機(jī)玻璃箱36相連的有機(jī)玻璃管14用作出氣口，與有機(jī)玻璃箱37相連的有機(jī)玻璃 管15用作進(jìn)氣口。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出基于空芯光子晶體光纖的反射式氣體傳感系統(tǒng)。由光源1、環(huán)形器2、傳感探頭3、和光譜解調(diào)單元4組成。其特點(diǎn)是光源1發(fā)出的光信號(hào)首先進(jìn)入環(huán)形器2的端口A，再?gòu)沫h(huán)形器2的端口B輸出進(jìn)入傳感探頭3，當(dāng)光信號(hào)依次經(jīng)由傳感探頭3內(nèi)的單模光纖31、空芯光子晶體光纖32、多模光纖33后，將在多模光纖33尾端的高反射鏡34處產(chǎn)生反射，而反射回來(lái)的信號(hào)又依次經(jīng)由多模光纖33、空芯光子晶體光纖32、單模光纖31后回入環(huán)形器2的端口B，之后由環(huán)形器2的端口C輸出進(jìn)入光譜解調(diào)單元4進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)而可推算出空芯光子晶體光纖32內(nèi)的待測(cè)氣體濃度。本發(fā)明為基于空芯光子晶體光纖氣體傳感器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供了一種切實(shí)可行的方法。
【IPC分類(lèi)】G01N21/17
【公開(kāi)號(hào)】CN104949920
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510314669
【發(fā)明人】趙勇, 張亞男
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日