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专利号: 2022110537099
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种并联Sagnac甲烷气体光纤传感器,其特征在于,所述光纤传感器包括Sagnac传感单元(1);

所述Sagnac传感单元(1)包括:

耦合器(11),所述耦合器(11)包括C3端口和C4端口;

第一光环形器(12),所述第一光环形器(12)与所述C3端口连接;

第二光环形器(13),所述第二光环形器(13)与所述C4端口连接;

第一保偏光子晶体光纤(14),所述第一保偏光子晶体光纤(14)与所述第一光环形器(12)形成第一Sagnac回路;第二保偏光子晶体光纤(15),所述第二保偏光子晶体光纤(15)与所述第二光环形器(13)形成第二Sagnac回路;所述第一保偏光子晶体光纤(14)为涂敷有甲烷气体敏感膜的保偏光子晶体光纤;所述第二保偏光子晶体光纤(15)为未涂敷有甲烷气体敏感膜的保偏光子晶体光纤;

所述第一保偏光子晶体光纤(14)的背景材料为二氧化硅,所述第一保偏光子晶体光纤(14)的包层结构包括内层气孔和外层气孔;

所述内层气孔采用非对称排列,在x轴方向上水平排列两个第一直径的第一气孔,两个所述第一气孔内均涂敷有甲烷气体敏感膜;在y轴方向上分布四个第二直径的第二气孔,四个所述第二气孔呈矩形分布;

所述外层气孔包括环形排列的12个第三直径的第三气孔,所述12个第三气孔之间旋转角度为30度;

所述第一直径、所述第二直径及所述第三直径均不相等。

2.根据权利要求1所述的光纤传感器,其特征在于,所述甲烷气体敏感膜的折射率通过控制甲烷气体的浓度调节,所述甲烷气体的浓度通过控制甲烷和氮气的流量调节。

3.根据权利要求1所述的光纤传感器,其特征在于,所述第一光环形器(12)包括D1端口和D2端口;

所述D1端口传输所述第一光环形器(12)接收的第一束光,所述第一束光沿着所述第一Sagnac回路顺时针传输到所述D2端口;

所述D2端口传输所述第一光环形器(12)接收的第二束光;

所述第一束光和所述第二束光经过所述第一保偏光子晶体光纤(14)产生相位差,在所述第一光环形器(12)处形成传感支路Sagnac干涉谱。

4.根据权利要求3所述的光纤传感器,其特征在于,所述第二光环形器(13)包括E1端口和E2端口;

所述E1端口传输所述第二光环形器(13)接收的第三束光,所述第三束光沿着所述第二Sagnac回路顺时针传输到所述E2端口;

所述E2端口传输所述第二光环形器(13)接收的第四束光;

所述第三束光和所述第四束光经过所述第二保偏光子晶体光纤(15)产生相位差,在所述第二光环形器(13)处形成参考支路Sagnac干涉谱。

5.根据权利要求4所述的光纤传感器,其特征在于,所述光纤传感器还包括宽带光源和光学频谱分析仪;

所述耦合器(11)还包括C1端口和C2端口;

所述宽带光源与所述C1端口连接,所述宽带光源用于发出光信号,并发送至所述Sagnac传感单元(1),以使所述Sagnac传感单元(1)接收光信号并处理,并将处理后光信号发送至所述光学频谱分析仪;

所述光学频谱分析仪与所述C2端口连接,所述光学频谱分析仪用于接收所述Sagnac传感单元(1)输出的处理后光信号。

6.根据权利要求5所述的光纤传感器,其特征在于,所述传感支路Sagnac干涉谱和所述参考支路Sagnac干涉谱进行光谱叠加,并在所述光学频谱分析仪上形成包络。

7.根据权利要求1‑6任一项所述的光纤传感器,其特征在于,所述耦合器(11)采用2×2 

3dB耦合器,所述第一光环形器(12)和所述第二光环形器(13)均采用1×2光环形器。