[實用新型]一種光纖激光器腔內光聲光譜氣體檢測系統

有效

• 申請號: 201320605596.9
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN203519485U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 常軍;劉永寧;常恒泰;王強;王福鵬;魏巍;田長彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 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

本實用新型涉及一種光纖激光器腔內光聲光譜氣體檢測系統，即涉及一種內腔式的、基于光聲光譜氣體檢測技術的氣體檢測系統，屬光纖氣體檢測技術領域。

背景技術

工業生產過程中，往往需要對某些氣體進行定性甚至定量分析以確保生產安全。而針對一些痕量氣體則需要高靈敏度的氣體檢測裝置，目前，常用氣體檢測方法主要有電化學法、紅外光譜法以及氣相色譜法等，其中紅外光譜法一直備受關注，其關鍵技術有直接光譜吸收技術、差分吸收技術、基于波長掃描的差分吸收技術、諧波檢測技術、內腔式光譜吸收技術以及光聲光譜技術。傳統的吸收技術由于氣體有效吸收光程有限，所以其檢測靈敏度不會很高；內腔式光譜吸收技術將氣室置于光纖激光器諧振腔內，利用激光往返振蕩大大增加氣體有效吸收光程，但該技術仍依賴波長掃描技術，需在強背景噪聲中提取極微弱的有效信號，使得提高探測靈敏度受到一定的限制；光聲光譜檢測技術直接測量氣體吸收的光能，可以探測極微弱的吸收，具有較高靈敏度，但現有研究均是基于成品激光器耦合輸出的激光作為激發光源，耦合過程損耗很大一部分光能。

《中國激光》，2009年，36卷9期，2384-2387頁，作者為賈大功、劉琨、井文才、汪讌、張紅霞、張以謨，題為《基于環腔光纖激光器的氣體檢測方法》的文章提出一種基于光纖激光器內腔設計的氣體檢測系統，該系統采用波長掃描技術使光纖激光器輸出波長覆蓋多個氣體吸收峰，通過對多吸收峰反演濃度取平均值的方法得出對應氣體濃度，該方法相對于利用單個吸收峰來說在檢測靈敏度和精度上都有所提升，然而基于波長掃描技術的直接光譜吸收本身就存在靈敏度低的缺陷，而且傳統氣室為能增加有效吸收光程其尺寸一般不會做太小，這將使得在未來形成產品時存在體積大的缺點。

發明內容

為克服現有相關技術的不足，本實用新型設計了一種光纖激光器腔內光聲光譜氣體檢測系統。

本實用新型系統由以下技術方案來實現：

一種光纖激光器腔內光聲光譜氣體檢測系統，包括泵浦光源、波分復用器、稀土摻雜光纖、光隔離器、氣室、輸入耦合鏡、輸出耦合鏡、石英音叉、可調諧濾波器、光纖耦合器、光電探測器、數據采集卡、鎖相放大器、計算機，其特征在于泵浦光源輸出端接波分復用器對應輸入端，波分復用器復合端接稀土摻雜光纖的一端，稀土摻雜光纖的另一端接光隔離器輸入端；輸入耦合鏡與輸出耦合鏡的光軸對準分別放置于氣室內的前后端，光隔離器輸出端接氣室內放置的輸入耦合鏡，輸出耦合鏡接可調諧濾波器的輸入端，可調諧濾波器的輸出端接光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器分光比為90%的一輸出端接波分復用器對應的另一輸入端，光纖耦合器分光比為10%的一輸出端接光電探測器的光輸入端；光電探測器信號輸出端接數據采集卡的模擬輸入端A；石英音叉置于氣室內的輸入耦合鏡和輸出耦合鏡之間，石英音叉的信號輸出端接鎖相放大器信號輸入端，鎖相放大器的參考信號輸入端接數據采集卡的模擬輸出端B，鎖相放大器的輸出端接數據采集卡的模擬輸入端B；數據采集卡的模擬輸出端A接可調諧濾波器的控制輸入端；數據采集卡的信號輸入端口通過數據線連接至計算機；

所述波分復用器、稀土摻雜光纖、光隔離器、置入輸入、輸出耦合鏡的氣室、可調諧濾波器、光纖耦合器共同構成光纖激光器的環形腔。

所述泵浦光源為半導體激光器。

所述的稀土摻雜光纖為摻鉺光纖或摻鐿光纖或摻銩光纖或鉺鐿共摻光纖。

所述石英音叉為32.768KHz脫去真空殼的柱形晶振。

所述的光電探測器為銦鎵砷光電探測器。

所述的波分復用器、光隔離器、光纖耦合器、輸入耦合鏡、輸出耦合鏡均為普通商用光纖傳感和光通訊器件。

所述的用于探測光聲信號的石英音叉位于光纖激光器環形腔內部，光聲信號產生于光纖激光器腔內；且光纖激光器腔內光強比激光器輸出光強大，因此腔內產生的光聲信號較輸出激光在腔外可激發的光聲信號強。

所述可調諧濾波器的調諧范圍較大，可覆蓋多個氣體吸收譜線。

所述氣室可做到很小，需要待測氣體樣本很少。