[發(fā)明專利]一種基于分布反饋光纖激光器的微水檢測系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104034695A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朋朋;常軍;朱存光;常恒泰;王宗良;劉永寧
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/45
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于分布反饋光纖激光器(DFB-FL)的微水檢測系統(tǒng)，屬于光纖激光傳感與氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微水含量的檢測在電力工業(yè)、石油化工以及醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域中有著至關(guān)重要的作用。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，六氟化硫(SF6)電氣設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。在運行中，SF6氣體受電弧放電或高溫后，會分解成單體的氟、硫和氟硫化合物，電弧消失后會又化合成穩(wěn)定的SF6氣體。但是當(dāng)氣體中含有水分時，氟硫化合物會與水反應(yīng)生成腐蝕性很強的氫氟酸、硫酸和其他毒性很強的化學(xué)物質(zhì)等，從而腐蝕電氣設(shè)備，降低設(shè)備絕緣能力，危及維護人員的生命安全。要完全清除儀器內(nèi)SF6氣體的水分是不可能的，但是時刻掌握SF6氣體微水含量，采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施，減少SF6氣體中的水分，可以保證和提高斷路器的安全運行可靠性。天然氣是當(dāng)今世界上最重要的能源之一，且天然氣在向外傳輸之前需要進(jìn)行凈化處理。水分是天然氣中重要的污染物之一，在天然氣的凈化處理和傳輸?shù)母麟A段都需要實時監(jiān)測水分含量。過多的水分會導(dǎo)致管道中水化物的形成以及運輸管道的腐蝕，不僅降低天然氣的熱值和品質(zhì)并會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。另外由于世界各地對天然氣需求的快速增長，液化天然氣的處理和傳輸?shù)玫搅嗽絹碓蕉嗟年P(guān)注。天然氣中的水分在低溫處理設(shè)備中結(jié)冰會損壞液化和壓縮設(shè)備，因此在液化天然氣的預(yù)處理、降溫、加壓等過程中需要精確地監(jiān)測及控制水分含量。由此可見，隨著人們對環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)安全的重視，微水檢測、分析儀器或方法應(yīng)運而生，新型的氣體檢測技術(shù)也在不斷的研究和創(chuàng)新中。如浙江大學(xué)的宓云軿，王曉萍等，于2007年，在光學(xué)儀器期刊上發(fā)表了文章《光腔衰蕩光譜技術(shù)及其應(yīng)用綜述》，闡述了一種用于氣體檢測的衰蕩光譜技術(shù)，該技術(shù)利用計算光脈沖的e指數(shù)衰減時間常數(shù)來得到氣體濃度，該技術(shù)雖然能達(dá)到較低的檢測限，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，難以實現(xiàn)多點同時檢測。

分布反饋光纖激光器(DFB-FL)是一種新型有源的光纖傳感元件，當(dāng)有外部壓力作用其上時，DFB-FL的光纖光柵長度和折射率都會產(chǎn)生變化，從而會引起DFB-FL輸出激光波長的移動。采用高分辨率的干涉式波長位移解調(diào)和相位載波調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以精確的得到波長的變化量，并且此方法具有極高的探測靈敏度和極大的動態(tài)范圍。由于DFB-FL具有波長編碼特性，可利用波分復(fù)用技術(shù)，在同一根光纖中串聯(lián)多個不同波長的DFB-FL組成光纖傳感陣列，易于復(fù)用組陣。而DFB-FL作為傳感基元的工作環(huán)境一般都比較惡劣，需要進(jìn)行封裝設(shè)計來對傳感器件進(jìn)行保護和維護傳感器件的傳感特性。一般的封裝形式是外殼采用剛性材料，例如鋁合金，內(nèi)部填充彈性材料等。而吸水膨脹橡膠(Water?swelling?rubber，簡稱WSR)是20世紀(jì)70年代后期開發(fā)的一種新型的功能性吸水材料。WSR具有快速吸水及保持大量水分而又不溶于水的特點，吸水后可膨脹至自身質(zhì)量或體積的數(shù)倍乃至數(shù)百倍，并產(chǎn)生較大膨脹壓力。這里就可以將WSR作為DFB-FL封裝結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部填充材料。當(dāng)把已封裝的DFB-FL傳感基元放入待檢測氣體中時，當(dāng)氣體中含有水蒸汽時，吸水膨脹橡膠材料會快速吸收并鎖住水分子，隨著水分子的不斷增加，橡膠材料發(fā)生膨脹形變從而對DFB-FL產(chǎn)生擠壓作用，引起DFB-FL輸出激光的波長產(chǎn)生漂移。而通過采用高分辨率的干涉式波長位移解調(diào)和相位載波調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以準(zhǔn)確的得出施加在DFB-FL上的應(yīng)力大小，由此可以得出吸水膨脹橡膠材料的膨脹度并準(zhǔn)確得出所檢測氣體中微水的含量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于分布反饋光纖激光器(DFB-FL)的微水檢測系統(tǒng)，旨在提供快速、穩(wěn)定、可遠(yuǎn)距離在線檢測、可同時多點檢測、具有高探測靈敏度和極大動態(tài)范圍的波長解調(diào)和微水檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實現(xiàn)的。