(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211053709.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市河北 大街西 段438号 (72)发明人 陈海良　刘超逸　陈强　高志刚　 樊晓亚　武彪　马明建　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 专利代理师 成丹　耿慧敏 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/552(2014.01) (54)发明名称 一种并联Sa gnac甲烷气体光纤传感器 (57)摘要 本申请提供一种并联Sagnac甲烷气体光纤 传感器， 包 括： Sagnac传感单元； Sagnac传感单元 包括： 耦合器， 耦合器包括C3端口和C4端口； 第一 光环形器， 第一光环形器与C3端口连接； 第二光 环形器， 第二光环形器与C4端口连接； 第一保偏 光子晶体光纤， 第一保偏光子晶体光纤与第一光 环形器形成第一Sagnac回路； 第二 保偏光子晶体 光纤， 第二保偏光子晶体光纤与第二光环形器形 成第二Sagnac回路。 该方案具有超高灵敏度， 且 结构简单。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115420682 A 2022.12.02 CN 115420682 A 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(1 1)， 所述耦合器(1 1)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C 3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Sa gnac回路。 2.根据权利要求1所述的光纤传感器， 其特征在于， 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。 3.根据权利要求1或2所述的光纤传感器， 其特征在于， 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)的包层结构包括两层三种尺 寸的圆形气孔。 4.根据权利要求3所述的光纤传感器， 其特征在于， 所述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。 5.根据权利要求4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。 6.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Sa gnac干涉谱。 7.根据权利 要求6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Sa gnac干涉谱。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420682 A 28.根据权利要求7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(1 1)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。 9.根据权利 要求8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Sa gnac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 。 10.根据权利 要求1‑9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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420682 A 3