[實用新型]一種波長掃描的內(nèi)腔式氣體檢測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020525399.2
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN201803944U
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋復(fù)俊;常軍;孔德龍;孫文佳;王宗良;王偉杰;張燕
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種波長掃描的內(nèi)腔式氣體檢測裝置，具體講是一種內(nèi)腔式的利用激光波長掃描的光譜吸收性氣體檢測的裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的同時也引發(fā)了一系列安全和環(huán)境污染等社會問題，例如，工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣體原料和在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體的種類和數(shù)量隨著工業(yè)的發(fā)展而越來越多，這些氣體中，有毒性氣體和可燃性氣體不僅污染環(huán)境，而且有產(chǎn)生爆炸、火災(zāi)和使人中毒的危險。伴隨著世界各國大力發(fā)展煤炭工業(yè)，煤礦爆炸事故日益增加。此外汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，家庭液化石油氣、煤氣和天然氣的廣泛使用對環(huán)境污染提出更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對這些氣體迅速準(zhǔn)確的檢測將有效地防止此類惡性事件的發(fā)生。

氣體濃度的快速準(zhǔn)確檢測是環(huán)保監(jiān)控、安全生產(chǎn)、醫(yī)療監(jiān)護、工業(yè)過程必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，在煤炭、石油化工、冶金、電力、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)以及環(huán)保工程和生物工程等方面都有著廣泛的應(yīng)用，氣體傳感器的研究已經(jīng)受到極大的重視。

目前主要存在如下幾種氣體傳感器形式：氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、有機半導(dǎo)體氣體傳感器、石英振子氣體傳感器、場效應(yīng)氣體傳感器、熱催化氣體傳感器、表面聲波氣體傳感器、光學(xué)氣體傳感器、氣相色譜分析傳感器等。

隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，人們對氣體傳感器提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的氣體傳感器漸漸暴露了自身的一些弱點，如半導(dǎo)體氣體傳感器普遍存在易中毒測量精度低、抗干擾能力差的問題，而且在石油、化工等易燃易爆環(huán)境中使用這類傳感器還會帶來安全方面的隱患。因此，開發(fā)先進的新型的氣體傳感器成為一項緊迫的任務(wù)，而近年來迅速發(fā)展的光纖氣體傳感器具有傳統(tǒng)氣體傳感器無可比擬的優(yōu)點，由于光纖傳感器具有體積小，抗干擾能力強，測量精度高，可遠(yuǎn)離現(xiàn)場檢測等優(yōu)點，因此能可靠用于工業(yè)現(xiàn)場條件的光纖氣體傳感器日益得到人們的重視。而光譜吸收型光纖氣體傳感器又是當(dāng)前主要采用的檢測方式。

光譜吸收型光纖氣體傳感器又采用以下的方式來實現(xiàn)氣體的檢測：直接吸收型，差分吸收法，掃描式吸收法，二次諧波法，內(nèi)腔式氣體檢測法等，直接吸收型和差分吸收法，結(jié)構(gòu)簡單，但靈敏度不高，掃描式吸收法和二次諧波法，測量精度較高，而且也是目前比較常用的方法，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于多路復(fù)用；內(nèi)腔式氣體檢測法，將氣室引入諧振腔內(nèi)部，大大提高了檢測精度，但技術(shù)還不夠成熟，成本也比較高。

<激光與紅外>2002，32(3)：p193～196.作者為喻洪波，廖延彪，靳偉，何海律，名稱為“光纖化的氣體傳感技術(shù)”，文章中提到了多種氣體檢測技術(shù)，直接吸收型和差分吸收法，結(jié)構(gòu)簡單，但靈敏度不高，掃描式吸收法和二次諧波法，測量精度較高，而且也是目前比較常用的方法，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于多路復(fù)用；內(nèi)腔式氣體檢測法，將氣室引入諧振腔內(nèi)部，大大提高了檢測精度，但技術(shù)還不夠成熟，成本也比較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實用新型提出了一種波長掃描的內(nèi)腔式氣體檢測裝置。

本實用新型的技術(shù)方案是按以下方式實現(xiàn)的：

一種波長掃描的內(nèi)腔式氣體檢測裝置，包括980nm泵浦源、WDM(980/1550nm波分復(fù)用器)、摻鉺光纖、準(zhǔn)直器、氣室、全反鏡、布拉格光柵、壓電陶瓷、隔離器、光電探測器、放大及濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，其特征在于980nm泵浦源通過尾纖連接到WDM的980nm一端，WDM的公共端連接到摻鉺光纖上；摻鉺光纖的另一端接到準(zhǔn)直器上，準(zhǔn)直器的后面是氣室，由準(zhǔn)直器將光注入到氣室中；氣室中裝有待測氣體，氣室的后端裝有全反鏡；WDM的1550nm端通過尾纖和光纖光柵相連，光纖光柵固定在壓電陶瓷上；光纖光柵另一端和隔離器相連，隔離器的另一端和光電探測器連接，光電探測器輸出端連接放大及濾波電路，放大及濾波電路后面連接數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)采集卡和計算機相連，通過數(shù)據(jù)采集卡將信號送入計算機進行數(shù)據(jù)處理；壓電陶瓷和數(shù)據(jù)采集卡相連接，由計算機經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡提供驅(qū)動電壓作用到壓電陶瓷上。

所述的數(shù)據(jù)采集卡包括模擬輸入和模擬輸出部分，為通用型數(shù)據(jù)采集卡，如上海儀可電子科技有限公司生產(chǎn)的PCI-2113A。

一種利用上述氣體檢測系統(tǒng)進行氣體檢測的方法，步驟如下：

1)將氣體檢測系統(tǒng)連接好，將標(biāo)準(zhǔn)氣體充入氣室；打開計算機和數(shù)據(jù)采集卡的電源，調(diào)試數(shù)據(jù)采集卡使其能正常進行數(shù)據(jù)采集和模擬輸出；

2)將980nm泵浦源電源打開，將功率計接到隔離器的輸出端，檢查由全反鏡和光柵構(gòu)成的諧振腔的激光輸出是否正常；使用光譜儀接到隔離器輸出端，粗略測量并確定波長；