基于光纤布拉格光栅的甲烷浓度传感的方法和设备

摘要

本发明涉及一种光纤布拉格光栅应用于甲烷浓度传感的方法以及实现该方法的设备。本发明中FBG传感器通过光纤环形器与宽带光源连接，反射光通过光纤环形器与光纤耦合器连接；光电二极管的输入端与3-dB光纤耦合器的一端连接，光电二极管的输出端与数据采集卡电连接；采集卡与FFT分析仪电连接；3-dB光纤耦合器的另一端分别与两个光纤准直器连接，对应两个光纤准直器位置设有两个反射镜，其中一个反射镜通过步进电机控制其位置移动。本发明适用于多点的甲烷浓度高精度测量，并解决了易受电磁干扰、存在电火火安全隐患的问题。

主权项

1.基于光纤布拉格光栅的甲烷浓度传感的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)选用波长范围覆盖光纤布拉格光栅FBG反射中心波长的宽带光源，光源带宽范围20～60nm；光源发出的光通过环形器打到n个不同反射中心波长的FBG传感器串联的FBG阵列上，n≥2；FBG传感器贴近甲烷催化氧化元件放置，甲烷催化氧化元件的作用是将甲烷浓度变化转变为温度变化，当FBG所处环境甲烷浓度发生变化时，环境温度随之发生同方向变化，光纤芯层的有效折射率因此发生变化，导致FBG的反射中心波长发生漂移，FBG的反射中心波长为：λ＝2n·Λ (1)其中n表示光纤芯层的有效折射率，Λ表示FBG传感器光栅常数；(2)FBG反射回来的传感信号经过一个环形器进入一个3-dB光纤耦合器，3-dB光纤耦合器将光信号分成等光强的两束；两束等光强的信号光分别通过光纤准直器入射到反射镜上并反射耦合回光纤；通过控制其中一个反射镜的位置移动，改变两路信号光之间的相对光程，由于反射镜的移动而产生的多普勒频移为：f＝2v/λ0 (2)其中v表示反射镜移动的速率，λ0表示信号光的波长；(3)两路信号光在3-dB耦合器中汇合干涉，干涉信号经3-dB耦合器的一臂，由光电二极管转化为电信号，由数据采集卡采集，进入快速傅立叶变换分析仪；通过傅立叶变换分析仪读出(2)式中的f，由此得到信号光的波长λ0。