[發(fā)明專利]二氧化碳?xì)怏w傳感設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210416713.7
• 申請日: 2012-10-28
• 公開（公告）號: CN103776798A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高培良
• 申請（專利權(quán)）人: 天津奇譜光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G02F1/13
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電氣體傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用了可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的二氧化碳?xì)怏w傳感設(shè)備。

背景技術(shù)

紅外氣體傳感技術(shù)是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強度關(guān)系（朗伯-比爾Lambert-Beer定律）鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感技術(shù)。它與其它類別氣體傳感技術(shù)如電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式等相比具有應(yīng)用廣泛、使用壽命長、靈敏度高、穩(wěn)定性好、適合氣體多、性價比高、維護成本低、可在線分析等等一系列優(yōu)點，因此，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金工業(yè)、工礦開采、大氣污染檢測、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。?隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，在各類紅外氣體傳感技術(shù)中，采用可調(diào)諧激光器的氣體傳感技術(shù)，近幾年來，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。相比于利用寬帶紅外光源和窄帶濾光片的技術(shù)，這種技術(shù)具有低飄移和抗干擾等特點，提供了更加穩(wěn)定和精確的氣體濃度檢測。但是，這種技術(shù)需要高質(zhì)量的可調(diào)諧激光器，因此，價格比較昂貴。另一種可行的技術(shù)是采用寬帶紅外光源和可調(diào)諧窄帶濾光片的技術(shù)，也能提供與采用可調(diào)諧激光器技術(shù)的氣體測量相比擬的穩(wěn)定性和精度。

在各類濾波器技術(shù)中，傳統(tǒng)的光學(xué)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具是一種利用多光束干涉原理制作的窄帶濾波器件，主要有兩種類型：一種是空氣間隔的，一種是光學(xué)玻璃間隔的。通過兩個通光面上多層介質(zhì)膜的高反射率所形成法布里-珀羅腔的多光束干涉效應(yīng)，可以實現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)的多波長窄帶濾波輸出，而且具有性能穩(wěn)定、通光孔徑大、光功率破壞閾值高、結(jié)構(gòu)簡單和成本低等特性，因此，被廣泛應(yīng)用于各類激光器、光學(xué)測量儀器和光纖通訊器件中。

對于空氣間隔的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，可通過改變光的入射角度進行調(diào)諧，但是這種方法的調(diào)諧范圍很小；也可以采用用機械方法（如步進馬達(dá)）改變法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔長進行調(diào)諧，這種方法可以實現(xiàn)大的調(diào)諧范圍，但調(diào)諧精度低，而且對機械部件的精度要求高，穩(wěn)定性不好。另外，采用PZT壓電陶瓷（鋯鈦酸鉛）技術(shù)通過改變法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔長，可以提高調(diào)諧精度和速度，但是不易做到小型化，且驅(qū)動電路也較復(fù)雜；改變標(biāo)準(zhǔn)具的溫度也可以實現(xiàn)較大范圍的調(diào)諧，但是，該方法的缺點是速度慢。同時，單一法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的濾波輸出特性是一個光頻率間隔為自由光譜范圍的多模輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用寬帶紅外光源和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器和光電探測器等來實現(xiàn)高穩(wěn)定性，高精度和低價格的氣體濃度檢測。所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器是將液晶相位調(diào)制器放置在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的腔內(nèi)實現(xiàn)對透過法布里-珀羅濾波器的線偏振光信號的連續(xù)、快速和精密光頻率調(diào)諧功能，?并將法布里-珀羅腔的兩個反射面設(shè)置為帶通濾波器或階躍式濾波器和根據(jù)所述帶通濾波器的透射帶寬或所述階躍式濾波器的透射帶寬來設(shè)置法布里-珀羅腔的自由光譜范圍來實現(xiàn)法布里-珀羅濾波器的窄帶單模輸出。

本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種二氧化碳?xì)怏w傳感設(shè)備包括一個紅外寬帶光源、一個可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、一個氣體采樣室、一個光電探測裝置以及驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、所述光電探測器的驅(qū)動和信號接收電路以及控制電路和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，由所述紅外寬帶光源發(fā)出的光首先通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器后，通過所述氣體采樣室后被所述第一光電探測裝置接收，由所述控制電路和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行對所檢測的氣體的吸收頻譜進行數(shù)據(jù)分析得到該氣體的濃度。

而且，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括第一帶通濾波器、液晶相位調(diào)制器、第二帶通濾波器和驅(qū)動源，液晶相位調(diào)制器設(shè)置在由第一帶通濾波器和第二帶通濾波器構(gòu)成的法布里-珀羅濾波器的腔內(nèi)，通過控制法布里-珀羅腔內(nèi)液晶相位調(diào)制器實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能。

而且，所述的第一帶通濾波器和第二帶通濾波器是一種在光學(xué)透明材料的內(nèi)表面上設(shè)置的多層介質(zhì)膜的帶通濾波器并具有相同的透射帶寬，在所述帶通濾波器的通帶內(nèi)可根據(jù)對透射光的銳度系數(shù)設(shè)置不同的反射率，該反射率設(shè)置在80%到98%之間，在通帶以外設(shè)置100%或接近100%的反射率，且在光學(xué)透明材料的外表面上設(shè)置光學(xué)增透膜。

而且，所述的第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的通帶的中心與所需檢測的氣體的吸收光譜的中心相同或接近相同，該通帶的寬度是根據(jù)對氣體測試精度的要求而定，設(shè)置為2納米到5納米之間，所述法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍應(yīng)大于所述的通帶寬度，使得透過所述可調(diào)諧窄帶光學(xué)濾波器的光信號為單模光信號。