[發明專利]一種消除光電器件內部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統

無效

• 申請號: 201310670630.5
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103616332A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 常恒泰;常軍;劉永寧;王福鵬;劉曉慧
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種可消除光電器件內部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統，屬于光纖傳感氣體檢測技術領域。

技術背景

在很多場合中，微量氣體濃度的精確監測十分重要。例如電氣設備中六氟化硫氣體，微量的水氣就會降低電氣設備的絕緣特性，并腐蝕設備，造成嚴重危害，所以對其微量水分的測試尤為重要。目前，基于比爾-朗伯定理的光纖氣體傳感器因其結構緊湊、測量精度高、抗電磁干擾等優點，在微量氣體檢測中得到越來越廣泛的應用。

值得注意的是，在微量氣體檢測中，待測氣體的含量非常低，由該氣體引起的紅外光吸收會非常微弱，因此可探測到的有用信號本身也就非常微弱。在紅外探測光經過的光路中，除了裝有待測樣品的氣室外，如若其他器件內部殘存一定量的待測氣體，則這部分氣體會對檢測結果造成嚴重干擾。通常，光纖氣體傳感系統采用分布反饋半導體激光器作為紅外光源，PIN光電二極管作為探測器。資料顯示，分布反饋半導體激光器內部LD芯片與輸出尾纖之間存在約2毫米的間隙，PIN光電探測器中光纖輸出端面與光敏材料之間存在約1毫米的間隔。一般的商用分布反饋半導體激光器和光電探測器基本是在干燥的大氣環境下封裝而成，但其氣密性不佳，在應用過程中若長時間暴露在大氣中，外界空氣就會滲入到激光器和光電探測器內部，在分布反饋半導體激光器和光電探測器內部分別形成一個有效吸收光程約為2毫米和1毫米的空氣氣隙。如果待測氣體是空氣中含量較高的氣體成分（如水蒸氣、二氧化碳、氧氣等），這兩個氣隙就相當于兩個裝有待測氣體的小氣室，嚴重影響測量結果。以微水檢測為例，夏季濕度較大時大氣中水蒸氣的含量約為20000ppm（體積分數比），根據比爾-朗伯定理，此濃度下1毫米的氣隙對紅外光的吸收相當于10厘米的氣室內200ppm水蒸氣引起的吸收。該情況下光電器件內部1毫米氣隙吸收帶來的影響，其信號量級與氣室內200ppm水蒸氣對應的信號強度基本相同，對于痕量氣體檢測可見其影響之大。

專利號為201320093238.4、發明人為王強等、發明名稱為“以光纖氣體傳感器器件內部水為參考的痕量水氣檢測裝置”的實用新型，介紹了一種以光電探測器、激光器及準直器內部殘余水蒸氣為參考檢測痕量氣體濃度的裝置，在檢測準直器內部水蒸氣信號強度時，將信號光路和參考路里激光器內部和光電探測器內部的水蒸氣干擾信號看做共模干擾，采用雙光路差分的方法從理論上來看能將水蒸氣干擾信號消除，但是，兩個光路中的光電探測器畢竟不是完全相同，因此其內部含有待測氣體的濃度也不盡相同，實現完全匹配難度較大，所以該方法雖然能很好的消除掉絕大部分干擾，但還是不能做到完全消除。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷和不足，本發明提出了一種消除光電器件內部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統，旨在提供一種簡單有效的裝置以實現微量氣體的精確測量。

本發明的技術方案是按以下方式實現的：

一種消除光電器件內部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統，包括激光器驅動模塊、溫度控制模塊、分布反饋半導體激光器、正向使用1*2光開關、逆向使用1*2光開關、氣室、單模光纖、光電探測器、數據采集卡及計算機，其特征在于分布反饋半導體激光器的輸出尾纖接正向使用1*2光開關的輸入端；正向使用1*2光開關的一路輸出端連接氣室的一端，氣室的另一端接逆向使用1*2光開關的一個輸出端；正向使用1*2光開關的另一路輸出端接單模光纖，單模光纖的另一端連接逆向使用1*2光開關的另一個輸出端；逆向使用1*2光開關的輸入端連接到光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接數據采集卡的輸入端，數據采集卡的輸出端和計算機相連接；激光器驅動模塊和溫度控制模塊分別連接分布反饋半導體激光器；正、逆向使用1*2光開關的控制端分別與計算機相連接。

所述的分布反饋半導體激光器的具體工作波長和待測氣體的吸收峰的波長相適配。

所述的光電探測器為InGaAs?PIN光電二極管。

所述的正向使用1*2光開關與逆向使用1*2光開關均為普通機械式光開關。

一種上述氣體檢測系統的工作方法，步驟如下：

1）設定合適的溫度控制參數和分布反饋半導體激光器電流驅動參數使分布反饋半導體激光器的輸出波長周期性掃描過待測氣體的吸收峰；分布反饋半導體激光器驅動電流波形為鋸齒波或三角波；