[發(fā)明專利]一種基于二次諧波檢測技術的多通道多點位氣體檢測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103439289A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉永寧;常恒泰;常軍
• 申請（專利權）人: 劉永寧
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于二次諧波檢測技術的多通道多點位氣體檢測系統(tǒng)，屬光纖氣體檢測技術領域。

背景技術

氣體濃度檢測是環(huán)境保護、生產(chǎn)制造、電力等領域一項不可或缺的工作。在眾多檢測技術中，基于紅外吸收光譜技術的檢測手段應用十分廣泛，且隨著分布反饋（DFB）可調(diào)諧半導體激光器制作技術的不斷成熟及此類激光器的商業(yè)化推廣，可調(diào)諧半導體激光吸收光譜（TDLAS）技術更成為氣體檢測技術中最常用的技術之一。但是，常規(guī)商用DFB激光器的電流可調(diào)諧波長范圍只有約1納米，而氣體吸收譜線全線寬約為1納米，該情況下一個DFB激光器可調(diào)諧波長范圍只能覆蓋一條氣體吸收譜線，即一個DFB激光器只能作為某一種氣體探測器的光源。

中文核心期刊<光通信技術>2009，第9期，47—49頁，作者為余鑫、王洪海、趙磊、李珍珍，題為“多通道多氣體光纖傳感技術的研究”的文章中提出一種利用具有不同工作波長的DFB半導體激光器作為光源、應用光纖分路器分光實現(xiàn)多通道的可同時檢測甲烷和一氧化碳濃度的光纖傳感技術，具有高靈敏度、高精度、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是，該系統(tǒng)需要采用多個具有不同工作波長的DFB激光器分別作為某一種氣體的光源，在多組分氣體檢測時采用多個DFB激光器會使系統(tǒng)結構復雜、經(jīng)濟性差，并且與部分氣體（如氮氧化物）吸收譜線對應的DFB激光器價格昂貴甚至極難獲取，如此大大限制了可檢測氣體的種類。

寬帶紅外光源和基于光纖布拉格光柵的分光技術為解決上述問題提供了基礎。現(xiàn)有的寬帶紅外光源如摻鉺光纖放大自發(fā)輻射光源和發(fā)光二極管均具有良好的輸出特性、非常成熟的工藝和低廉的成本，在近紅外甚至中紅外可輸出較大功率、寬波長范圍的紅外光；而光纖布拉格光柵因其出色的波長選擇特性在溫度、應變、振動等檢測領域應用廣泛，在此期間，人們對布拉格光柵中心波長的控制進行了長期不懈的研究，這為穩(wěn)定分光提供了支持。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有多點位氣體濃度檢測方法存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于寬帶紅外光源和光纖布拉格光柵的多通道多點位氣體濃度檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術方案是按以下方式實現(xiàn)的：

一種基于二次諧波檢測技術的多通道多點位氣體檢測系統(tǒng)，包括寬帶紅外光源、光開關、氣體傳感器陣列、終端設備，其特征在于寬帶紅外光源與光開關輸入端相連，光開關控制端與終端設備相連，光開關的各路輸出與氣體傳感器陣列相連接，氣體傳感器陣列輸出端連接到終端設備；

所述氣體傳感器陣列包括多個氣體傳感子系統(tǒng)和多個用于歸一化的光電探測器，每個氣體傳感子系統(tǒng)包括三端口光纖環(huán)形器、光纖布拉格光柵、壓電陶瓷片、信號發(fā)生器、光纖型氣室、光電探測器、鎖相放大器，其中光開關的一路輸出端與第一個氣體傳感子系統(tǒng)中的三端口光纖環(huán)形器輸入端相連，三端口光纖環(huán)形器第一輸出端連光纖布拉格光柵；光纖布拉格光柵貼在壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片與信號發(fā)生器相連；三端口光纖環(huán)形器第二輸出端與光纖型氣室相連，光纖型氣室輸出端連接到光電探測器的光輸入端；光電探測器電信號輸出端連接到鎖相放大器的信號輸入端，鎖相放大器參考輸入端與信號發(fā)生器相連，鎖相放大器輸出端連接到終端設備；光纖布拉格光柵輸出端與下一個氣體傳感子系統(tǒng)中的三端口光纖環(huán)形器輸入端相連，這樣多個氣體傳感子系統(tǒng)串接成一個氣體傳感器系列，該氣體傳感器系列最末端一個氣體傳感子系統(tǒng)中的光纖布拉格光柵輸出端連接到一個用于歸一化的光電探測器的光輸入端，此光電探測器的輸出端連接到終端設備；光開關的多路輸出端分別與多個氣體傳感器系列相連接后并行組成氣體傳感器陣列,其中的光纖布拉格光柵作為波長選擇器件為多通道多點位監(jiān)測網(wǎng)絡提供不同波長的窄帶光源；

所述的寬帶紅外光源為摻鉺光纖放大自發(fā)輻射光源或發(fā)光二極管。

所述的終端設備是計算機。

所述的光電探測器是銦鎵砷光電探測器。

所述的信號發(fā)生器為中國UNI-T公司型號為UTG9005A的數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器。

所述的鎖相放大器為美國SIGNAL?RECOVERY公司型號為7230的鎖相放大器。