[發明專利]多波段混疊式內腔氣體傳感系統及傳感方法

有效

• 申請號: 201110237416.1
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102305771A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 劉琨;劉鐵根;江俊峰;梁霄
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力;李益書

1.一種基于多波段混疊式結構的內腔氣體傳感系統，其特征在于該系統包括激光諧振內腔部分、氣體傳感部分和探測解調部分三個部分，其中：

第一部分，激光諧振內腔部分包括：第一光分束器，第一光分束器的兩個輸出端口通過光纖分別與第一光波分復用器和第二光波分復用器的一個輸入端口連接，第一光波分復用器和第二光波分復用器的另一個輸入端口分別與第一泵浦光源和第二泵浦光源的輸出端口連接，第一光波分復用器依次連接第一摻雜光纖、第一光隔離器和第一可調光衰減器，第二光波分復用器依次連接第二摻雜光纖、第二光隔離器和第二可調光衰減器，第一可調光衰減器和第二可調光衰減器的輸出端口分別與光合束器的一個輸入端口連接，光合束器的輸出連接光環形器的第一端口，光環形器的第三端口連接F-P可調諧光濾波器的輸入端；

第二部分，氣體傳感部分包括：氣室和光反射鏡，氣室和光反射鏡通過光環形器的第二端口接入激光諧振內腔部分，光反射鏡將激光諧振內腔部分輸出的信號反射回激光諧振內腔部分，以形成激光諧振；

第三部分，探測解調部分包括：光耦合器，光耦合器的輸入端連接F-P可調諧光濾波器的輸出，光耦合器的一個輸出端口連接第二光分束器的輸入端，第二光分束器的兩個輸出端口分別連接第一光探測器和第二光探測器的輸入端，第一光探測器和第二光探測器的輸出端分別連接數據采集模塊的一個模擬輸入端口，數據采集模塊連接計算機，數據采集模塊的模擬輸出端口同時連接F-P可調諧光濾波器的電控輸入端口。

2.根據權利要求1所述的氣體傳感系統，其特征在于該系統具有較強的可擴展性，擴展方法是，增加第一光分束器及光合束器的端口數量，在第一光分束器的輸出端口及光合束器的輸入端口之間增加由泵浦光源、光波分復用器、摻雜光纖、光隔離器和可調光衰減器構成的增益通路，同時相應增加第二光分束器和數據采集模塊的模擬輸入端口的數量，在第二光分束器的輸出端口和數據采集模塊的模擬輸入端口之間增加相應數量的光探測器。

3.一種采用權利要求1所述氣體傳感系統進行氣體種類和濃度傳感的方法，其特征在于該方法的步驟如下：

第一、打開第一泵浦光源和第二泵浦光源的電源，調節兩個泵浦光源的泵浦功率，使得傳感系統在兩個摻雜光纖的激射波段內均輸出穩定激光；

第二、向氣室中通入混合氣體，混合氣體中各種類氣體的吸收譜線位置應位于第一摻雜光纖或第二摻雜光纖的激射波段內；光信號進入氣室后通過反射鏡的反射作用以及環形器第二端口到第三端口的單向運行特性，使得經過氣體吸收的光信號通過環形器的第三端口輸出；

第三、位于兩個波段的氣體吸收光譜信號經過耦合器和第二光分束器分成兩部分分別采用兩個光探測器接收，其中，第一光探測器和第二光探測器分別用來探測吸收譜線位于第一摻雜光纖激射波段內和第二摻雜光纖激射波段內的信號；

第四、數據采集模塊的模擬輸出端口輸出電壓波形用于驅動F-P可調諧光濾波器實現透射波長掃描，兩個模擬輸入端口采集兩路光探測器輸出的光電壓值；所有模擬輸出和模擬輸入端口同步工作；

第五、數據采集模塊獲得的兩路氣體吸收光譜信號送入計算機后進行分析處理；由透射波長和驅動電壓之間的確定性對應關系，根據驅動電壓值計算氣體的吸收波長，再與光譜數據庫對應能夠定氣體種類；由朗伯-比爾定律，利用氣體吸收光譜的吸收致光強衰減大小能夠計算被測氣體的濃度。