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1、(10)申请公布号 CN 102621633 A (43)申请公布日 2012.08.01 CN 102621633 A *CN102621633A* (21)申请号 201210103306.0 (22)申请日 2012.04.11 G02B 6/26(2006.01) G01N 21/31(2006.01) (71)申请人 西安石油大学 地址 710065 陕西省西安市电子二路 18 号 (72)发明人 周红 王炜 温俊青 冯德全 赵大壮 王俊锋 王培培 (74)专利代理机构 西安永生专利代理有限责任 公司 61201 代理人 申忠才 (54) 发明名称 串联式准直器对及其制备方法和应用 。
2、(57) 摘要 一种串联式准直器对， 在准直器基座上至少 加工有 2 个凹槽， 每个凹槽内设置有两个相对的 左准直器和右准直器构成单元准直器对， 相邻的 两个单元准直器对的尾纤串连接， 第一个单元准 直器对的左准直器的尾纤、 最后一个单元准直器 对的右准直器的尾纤引出。采用本发明制备的光 纤气体传感器， 光线从最后一个准直器的尾纤出 射后进入光谱分析仪或气体探测装置， 待测气体 经过串联式准直器对， 气体吸收强度发生变化， 通 过探测气体吸收强度的相对变化率可以测定气体 的参数， 不仅可以验证气体吸收定律， 而且可以检 测气体浓度， 其灵敏度高、 响应速度快、 动态范围 大， 使用该串联式准直。
3、器对的光纤气体传感器， 检 测准确。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种串联式准直器对， 其特征在于 ： 在准直器基座 (1) 上至少加工有 2 个凹槽， 每个 凹槽内设置有两个相对的左准直器 (2) 和右准直器 (3) 构成单元准直器对， 相邻的两个单 元准直器对的尾纤串连接， 第一个单元准直器对的左准直器 (2) 的尾纤、 最后一个单元准 直器对的右准直器 (3) 的尾纤引出。 2. 根据权利要求 1 所述的串联式准。
4、直器对， 其特征在于 ： 所述的单元准直器对的左准 直器 (2) 与右准直器 (3) 之间相距 100 180mm。 3. 根据权利要求 1 所述的串联式准直器对， 其特征在于 ： 所述的凹槽是 V 形型槽， 凹槽 两侧面之间的夹角为 50 70。 4. 一种权利要求 1 串联式准直器对的制备方法， 其特征在于由以下步骤组成 ： 1) 将可见激光光源输入至第一单元准直器对的左准直器 (2)， 调整右准直器 (3)， 目测 两个准直器对准激光光束 ； 2) 将光纤宽带光源输入至第一单元准直器对的左准直器 (2)， 右准直器 (3) 的尾纤接 光纤功率计， 微调左准直器 (2)、 右准直器 (3)。
5、 的相对位置 ； 3) 重复步骤 1) 至步骤 2)， 直至串联接的每个单元准直器对均对准 ； 4) 每个单元准直器对的尾纤首尾连接， 第一个单元准直器对的左准直器 (2) 的尾纤、 最后一个单元准直器对的右准直器 (3) 的尾纤引出。 5. 根据权利要求 4 所述的串联式准直器对的对准方法， 其特征在于 ： 所述的可见激光 光源是波长为 633nm 的红色激光和波长为 514nm 的绿色激光。 6. 串联式准直器对在制备光纤气体传感器中的用途。 权 利 要 求 书 CN 102621633 A 2 1/6 页 3 串联式准直器对及其制备方法和应用 技术领域 0001 本发明属于光纤气体传感器。
6、技术领域， 具体涉及到光纤气体传感器的零部件。 背景技术 0002 光纤气体传感技术是20世纪70年代伴随着光纤的实用化和光通信技术的发展而 形成的， 它是以光波为载体、 光纤为媒质感知和传输外界被测信号的新型传感技术。 由于光 纤具有优良的物理、 化学、 机械性能及光波传输性能， 因此广泛应用于医疗、 交通、 电力、 机 械、 石油化工、 民用建筑以及航空航天等各个领域。 0003 现有的光纤气体传感器主要是通过固定架将两个相对设置的准直器 2 支撑固定， 这种光纤气体传感器存在灵敏度低， 在恶劣和危险环境中使用时其易受环境影响， 如在腐 蚀性气体的环境下被腐蚀等情况， 严重地影响到光纤气体。
7、传感器的使用性能。 发明内容 0004 本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述光纤气体传感器所存在的不足， 提 供一种对准距离长、 损耗小、 灵敏度高、 响应速度快的串联式准直器对。 0005 本发明所要解决的另一个技术问题在于为串联式准直器对提供一种操作简单、 更 易于对准的串联式准直器对的制备方法。 0006 本发明所要解决的还有一个技术问题在于为串联式准直器对提供一种新用途。 0007 解决上述技术问题所采用的技术方案是 ： 在准直器基座上至少加工有 2 个凹槽， 每个凹槽内设置有两个相对的左准直器和右准直器构成单元准直器对， 相邻的两个单元准 直器对的尾纤串连接， 第一个单元准直器对。
8、的左准直器的尾纤、 最后一个单元准直器对的 右准直器的尾纤引出。 0008 本发明的单元准直器对的左准直器与右准直器之间相距 100 180mm。 0009 本发明的凹槽是 V 形型槽， 凹槽两侧面之间的夹角为 50 70。 0010 上述串联式准直器对的制备方法由以下步骤组成 ： 0011 1、 将可见激光光源输入至第一单元准直器对的左准直器， 调整右准直器， 目测两 个准直器对准激光光束。 0012 2、 将光纤宽带光源输入至第一单元准直器对的左准直器， 右准直器的尾纤接光纤 功率计， 微调左准直器、 右准直器的相对位置。 0013 3、 重复步骤 1 至步骤 2， 直至串联接的每个单元准。
9、直器对均对准。 0014 4、 每个单元准直器对的尾纤首尾连接， 第一个单元准直器对的左准直器的尾纤、 最后一个单元准直器对的右准直器的尾纤引出。 0015 上述的可见激光光源是波长为 633nm 的红色激光和波长为 514nm 的绿色激光。 0016 串联式准直器对在制备光纤气体传感器中的用途。 0017 串联式准直器对作为零部件与其它零部件组合， 制备成光纤气体传感器。 0018 本发明采用相邻的单元准直器对的尾纤首尾相连， 形成串联式准直器对， 光源经 说 明 书 CN 102621633 A 3 2/6 页 4 入射光纤进入到第一个准直器， 其余的准直器依次首尾串联， 光线从最后一个准。
10、直器的尾 纤出射后进入光谱分析仪或气体探测装置， 待测气体经过串联式准直器对， 气体吸收强度 发生变化， 通过探测气体吸收强度的相对变化率可以测定气体的参数， 不仅可以验证气体 吸收定律， 而且可以检测气体浓度， 其灵敏度高、 响应速度快、 动态范围大， 使用该串联式准 直器对的光纤气体传感器， 检测准确。 本发明具有结构简单、 拆卸方便、 体积小、 重量轻等优 点。准直器对以激光光源为对准基准， 进行粗调， 对准精确、 操作简单、 更易于对准。 附图说明 0019 图 1 是串联式准直器对实施例 1 的结构示意图。 0020 图 2 是使用串联式准直器对制备的光纤气体传感器的结构示意图。 0。
11、021 图 3 是图 2 的 A-A 面剖视图。 0022 图 4 是乙炔气体吸收光谱图。 0023 图 5 是 H2S 气体在 1510 1520nm 之间的吸收光谱图。 具体实施方式 0024 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明， 但本发明不限于这些实施例。 0025 实施例 1 0026 本实施例的串联式准直器对是由准直器基座1、 左准直器2、 右准直器3联接构成。 在准直器基座 1 沿材料长度方向三个面上采用数控三维雕刻机 ( 型号 DJ40M) 上采用 END MILLS 3.0M刻刀刻画成 3 个 V 型槽， V 型槽两侧面之间的夹角为 50， 在每个 V 型槽的左端 用纳。
12、米 SiO2改性后的无机胶粘剂粘接有左准直器 2、 右端粘接有右准直器 3， 每个 V 型槽内 的左准直器 2 和右准直器 3 构成一个单元准直器对， 左准直器 2 与右准直器 3 之间的距离 为 100mm。 0027 第一个单元准直器对的右准直器3的尾纤与第二个单元准直器对的左准直器2的 尾纤熔接， 第二个单元准直器对的右准直器 3 的尾纤与第三个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤熔接， 第一个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤与第三个单元准直器对的右准直器 3 的尾纤引出。 0028 上述的串联式准直器对的制备方法如下 ： 0029 步骤 1 ： 将波长为 633nm 的红色激光光源输入。
13、至第一个单元准直器对的左准直器 2， 调整右准直器 3， 目测对准红色激光光束， 完成粗调。 0030 步骤 2 ： 与红色激光光束对准后将光纤宽带光源输入至第一个单元准直器对的左 准直器2， 第一个单元准直器对的右准直器3的输出端接光纤功率计， 微调左准直器2、 右准 直器 3 的相对位置， 使得左准直器 2 与右准直器 3 耦合的光功率值相对最大， 完成细调。 0031 步骤 3 ： 重复步骤 1) 至步骤 2)， 直至串联的每个单元准直器对均对准。 0032 对准后的单元准直器对用纳米 SiO2改性后的无机胶粘剂将左准直器 2、 右准直器 3 粘接在准直器基座 1 的 V 型槽内， 构成。
14、一个单元准直器对， 每对单元准直器对的尾纤首尾 相连， 第一个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤与第三个单元准直器对的右准直器 3 的尾 纤引出， 构成本实施例的串联式准直器对。 0033 应用上述的串联式准直器对在制备光纤气体传感器中用途， 其使用方法如下 ： 说 明 书 CN 102621633 A 4 3/6 页 5 0034 参见图 1 至图 3， 本实施例的光纤气体传感器由准直器基座 1、 左准直器 2、 右准直 器 3、 固定块 4、 壳体 5、 堵头 6 联接构成。 0035 本实施例的壳体 5 采用聚四氟乙烯管加工成圆管形状， 在管壁周围均布加工有 2mm 的气孔， 壳体 5 。
15、的两端安装有堵头 6， 堵头 6 上沿径向加工有 U 型槽。在壳体 5 内壁 上用螺纹紧固件固定联接有传感元件固定块 4， 固定块 4 沿着壳体 5 内壁设置， 固定块 4 上 用螺纹联接件联接安装有串联式准直器对， 构成本实施例的光纤气体传感器。串联式准直 器对由准直器基座 1、 左准直器 2、 右准直器 3 联接构成， 零部件的联接关系与上述相同。 0036 使用本实施例的光纤气体传感器时， 将光纤气体传感器置于待测气体环境中， 待 测气体通过壳体5上的气孔进入壳体5内， 光源经入射光纤进入到第一个单元准直器对， 其 余的单元准直器对依次串联， 光线从最后一个单元准直器对的尾纤出射后进入光。
16、谱分析仪 或气体探测装置， 待测气体经过串联式准直器对， 气体吸收强度发生变化， 通过探测气体吸 收强度的相对变化率可以测定气体的参数， 可以检测出气体浓度。 0037 实施例 2 0038 本实施例的串联式准直器对， 由准直器基座 1、 左准直器 2、 右准直器 3 联接构成， 在准直器基座 1 上加工有 3 个 V 型槽， V 型槽两侧面之间的夹角为 60， 在每个 V 型槽的左 端用纳米 SiO2改性后的无机胶粘剂粘接有左准直器 2、 右端粘接有右准直器 3， 构成一个单 元准直器对， 左准直器 2 与右准直器 3 之间的距离为 140mm。3 个准直器对的连接关系与实 施例 1 相同，。
17、 其他零部件以及零部件的联接关系与实施例 1 相同。 0039 本实施例的串联式准直器对的制备方法与实施例 1 相同。 0040 本实施例的串联式准直器对在制备光纤气体传感器中用途与实施例 1 相同。 0041 实施例 3 0042 本实施例的串联式准直器对， 由准直器基座 1、 左准直器 2、 右准直器 3 联接构成， 在准直器基座 1 上加工有 3 个 V 型槽， V 型槽两侧面之间的夹角为 70， 在每个 V 型槽的左 端用纳米 SiO2改性后的无机胶粘剂粘接有左准直器 2、 右端粘接有右准直器 3， 构成一个单 元准直器对， 左准直器 2 与右准直器 3 之间的距离为 180mm。3 。
18、个准直器对的连接关系与实 施例 1 相同， 其他零部件以及零部件的联接关系与实施例 1 相同。 0043 本实施例的串联式准直器对的制备方法与实施例 1 相同。 0044 本实施例的串联式准直器对在制备光纤气体传感器中用途与实施例 1 相同。 0045 实施例 4 0046 在以上的实施例 1 3 中， 在准直器基座 1 上加工有 6 个 V 型槽， V 型槽两侧面之 间的夹角与相应的实施例相同， 在每个 V 型槽的左端用纳米 SiO2改性后的无机胶粘剂粘接 有左准直器 2、 右端粘接有右准直器 3， 构成一个单元准直器对， 每个 V 型槽内的左准直器 2 与右准直器 3 实施例相同之间的距离。
19、与相应的实施例相同。 0047 第一个单元准直器对的右准直器3的尾纤与第二个单元准直器对的左准直器2的 尾纤熔接， 第二个单元准直器对的右准直器 3 的尾纤与第三个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤熔接， 依次类推， 第一个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤与第四个单元准直器对 的右准直器 3 的尾纤引出。 0048 其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例 1 相同。 0049 本实施例的串联式准直器对的制备方法与实施例 1 相同。 说 明 书 CN 102621633 A 5 4/6 页 6 0050 本实施例的串联式准直器对在制备光纤气体传感器中用途与实施例 1 相同。 0051 实。
20、施例 5 0052 在以上的实施例 1 3 中， 在准直器基座 1 上加工有 2 个 V 型槽， V 型槽两侧面之 间的夹角与相应的实施例相同， 在每个 V 型槽的左端用纳米 SiO2改性后的无机胶粘剂粘接 有左准直器 2、 右端粘接有右准直器 3， 构成一个单元准直器对， 每个 V 型槽内的左准直器 2 与右准直器 3 实施例相同之间的距离与相应的实施例相同。 0053 第一个单元准直器对的右准直器3的尾纤与第二个单元准直器对的左准直器2的 尾纤熔接， 第一个单元准直器对的左准直器 2 的尾纤与第二个单元准直器对的右准直器 3 的尾纤引出。 0054 其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实。
21、施例 1 相同。 0055 本实施例的串联式准直器对的制备方法与实施例 1 相同。 0056 本实施例的串联式准直器对在制备光纤气体传感器中用途与实施例 1 相同。 0057 为了验证本发明的有益效果， 采用本发明实施例 1 的装配有串联式准直器对的光 纤气体传感器进行了实验， 各种实验情况如下 ： 0058 实验仪器 ： 宽带ASE光源， 型号C+L band， 由深圳郎光公司制造 ； 光谱分析仪， 型号 为 AQ6319， 由日本 ANDO 公司生产 ； 光纤耦合器， 1550nm， 1:1 分光 ； sm125 光纤光栅解调仪 ； 计算机。 0059 1、 测量乙炔气体的吸收光谱 006。
22、0 采用本发明实施例 1 光纤气体传感器测定乙炔气体吸收光谱。选取 1550nm 宽带 ASE 光源， 测定乙炔气体吸收峰深度及数据， 采用光谱仪 AQ6319 分析得出， 结果见表 1 和图 4 所示。 0061 表 1 实施例 1 光纤气体传感器测乙炔气体吸收光谱 0062 编号 波长 (nm) 波谷的功率 (dB) 1 1514.8557 3.083 2 1515.6686 3.654 3 1516.5183 4.022 4 1516.9507 3.275 5 1517.3911 4.439 6 1517.8362 4.045 7 1518.2883 4.805 8 1518.7462 。
23、4.848 9 1519.2129 5.315 说 明 书 CN 102621633 A 6 5/6 页 7 10 1519.6831 5.587 11 1520.1617 6.232 12 1520.6448 6.642 13 1521.1344 8.131 14 1521.6294 6.665 15 1522.1356 9.942 16 1522.6437 6.551 17 1523.1585 10.852 18 1523.6872 3.493 19 1524.2094 7.910 20 1525.8339 5.283 21 1526.3607 3.264 22 1526.9476 10.。
24、917 23 1527.5136 5.050 24 1528.0882 15.985 25 1528.6685 6.918 26 1529.2544 18.962 27 1529.8476 8.484 28 1530.445 20.674 29 1531.0503 8.359 30 1531.6617 20.207 31 1532.2806 8.016 32 1532.9045 19.656 33 1533.5336 7.320 说 明 书 CN 102621633 A 7 6/6 页 8 34 1534.1720 17.198 35 1534.8179 5.875 36 1535.4686 。
25、15.235 0063 0064 由表1、 图4可见， 在扫描精度为0.05nm、 扫描点数10001个时， 吸收谱线在1530nm 附近， 吸收最强。 0065 2、 测量硫化氢气体的吸收光谱 0066 实验仪器 ： 光纤耦合器， 1550nm， 1:1 分光 ； sm125 光纤光栅解调仪 ； 计算机。 0067 将本发明实施例 1 光纤气体传感器放在密闭的空间中搭建实验平台。采用化学方 法现场制备 H2S 气体， 残余气体导入 NaOH 溶液中。实验检测到 H2S 气体在波长为 1510 1520nm 之间吸收效果， 实验结果见图 5。 0068 由图 5 可见， 在波长为 1517nm 时， 吸收最强。 0069 综上可得， 采用本发明的串联式准直器对制备的光纤气体传感器灵敏度高、 响应 速度快， 可用于测量气体吸收光谱。 说 明 书 CN 102621633 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102621633 A 9 2/2 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102621633 A 10 。