[發明專利]一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測方法及裝置有效

申請號：	201210445860.7	申請日：	2012-11-09
公開（公告）號：	CN102967580A	公開（公告）日：	2013-03-13
發明（設計）人：	李艷芳;劉統玉;魏玉賓;王昌;趙燕杰;張婷婷;趙維凇	申請（專利權）人：	山東微感光電子有限公司
主分類號：	G01N21/39	分類號：	G01N21/39
代理公司：	濟南圣達知識產權代理有限公司 37221	代理人：	張勇
地址：	250101 山東省***	國省代碼：	山東;37
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于 vcsel 功耗氣體檢測方法裝置
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感領域，尤其涉及一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置及方法。

背景技術

隨著工農業生產技術的不斷發展，及時準確的對多種氣體進行監測已成為石油、化工、電力、煤礦安全等行業急需解決的重要問題。同時，隨著人民生活水平的不斷提高，人類對生態環境的要求也越來越高，迫切要求發展的同時注意保護環境，對環境進行監測治理。為此，研制氣體傳感器已成為當今傳感領域的一個重要課題。

出現在上世紀80年代的光纖氣體檢測技術是一種新型氣體檢測方法，它具有測量精度高、測量范圍大、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強、氣體選擇性好、使用壽命長等傳統氣體檢測方法不可比擬的優勢。尤其是隨著激光器技術的不斷發展，激光氣體傳感器得到了較大的發展。多個專利中都有所提及。但是其所述的方法中，DFB激光器或者VCSEL激光器，需要精確的溫度控制，其TEC控制器的功耗非常大，使得該類傳感器的功耗普遍較大，尤其是儀器的啟動電流非常大，有得甚至達到500mAs以上，致使該類傳感器很難做到煤礦井下本安參數的要求，不利于和現有基站等礦用設備直接聯機使用。這是阻止該類儀器在煤礦井下推廣使用的一個致命缺點。

中國專利“氣體檢測方法和氣體檢測裝置”所述的方光譜吸收法測氣體時光源需要精確控溫，由于光源都是采取TEC控溫，使得該測量方法實現起來功耗特別大。本申請去掉了TEC降低了功耗，同時提供了參考通道，提高了測量的精度。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置及方法，它具有低功耗實現氣體濃度檢測的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置，包括溫度探測器件、VCSEL激光器、光路組件、光纖傳感探頭、參考探頭、光電探測器和功率參考探測器件；所述光路組件包括分路器和耦合器；所述溫度探測器件連接VCSEL激光器，所述VCSEL激光器連接光路組件的分路器，所述分路器連接第一耦合器的輸入端和第二耦合器的輸入端，所述第一耦合器的輸出端連接光纖傳感探頭，所述第一耦合器的返回端連接第一光電探測器；所述第二耦合器的輸出端連接參考探頭和功率參考探測器件；所述參考探頭連接第一光電探測器；所述功率參考探測器件是光電探測器，所述的VCSEL激光器發出的光經過光路組件進行隔離和分光后進入光纖傳感探頭、參考探頭和功率參考探測器件。

所述的VCSEL激光器是通過電流進行連續波長調制的激光器；所述VCSEL激光器采用不帶溫控模塊的VCSEL激光器，在驅動電流一定的情況下，VCSEL激光器的波長和環境溫度基本上成線性關系。

上述一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置所采用的工作方法，包括以下幾個工作步驟：

步驟（1）：溫度探測器件測得環境的溫度；

步驟（2）：根據步驟（1）測得的環境溫度值確定激光器發光的波長；

步驟（3）：根據步驟（2）確定的激光器的波長，確定出現在掃描區域內的吸收峰的波長；

步驟（4）：VCSEL激光器產生光，所述光的波長與光強、驅動電流、環境溫度成一定關系；

步驟（5）：VCSEL激光器發出的光經光路組件到光纖傳感探頭、參考探頭和功率參考探測器件；

步驟（5-1）：光源發出的光在光纖傳感探頭中得到一定程度的吸收，吸收強度和環境中待測氣體的濃度成一定的關系，光穿過光纖傳感探頭以后被第一光電探測器探測；

步驟（5-2）：光源發出的光在參考探頭中得到固定的吸收，吸收的強度和參考氣室內氣體的濃度有關，光穿過參考探頭以后被第二光電探測器探測；

步驟（5-3）：光源發出的光經分路器進入功率參考探測器件；

步驟（6）：把步驟（5-1）和步驟（5-2）中第一光電探測器和第二光電探測器得到的探測信號分別和步驟（5-3）功率參考探測器件測得的功率參考信號相除，消除因光源的功率變化對測量結果造成的影響；

步驟（7）：根據步驟（3）和步驟（6）確定吸收峰所在的整個掃描周期中的位置；