[發明專利]分布式光纖氣體傳感器

有效

• 申請號: 201510071655.2
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104614334B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 鄭光輝;張紹榮;欒佳
• 申請（專利權）人: 武漢六九傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 武漢今天智匯專利代理事務所(普通合伙)42228
• 代理人: 鄧寅杰

技術領域

本發明涉及氣體傳感器技術領域，具體涉及一種分布式光纖氣體傳感器。

背景技術

近年，隨著對環境安全的要求日益高漲，各種氣體檢測技術層出不窮，其中TDLAS（可調諧半導體激光吸收光譜）技術以其抗干擾能力強，精度高，壽命長等優良的特性而成為研究熱點。光學式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體，但是紅外檢測技術由于是使用的寬光譜，在光譜內的所有有吸收峰的氣體都會與光束發生作用，使得其抗干擾能力較差，如甲烷檢測方面，難以解決水氣的干擾導致實際應用有限。

光學式氣體傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計算機相結合，能連續測試分析氣體，具有自動校正、自動運行的功能，精度高，反應快，同時因為它的結構關系一般造價高，主要應用于石油、采礦、半導體工業等工礦企業以及家庭中環境檢測和控制。在石油、石化、采礦工業中，硫化氫、一氧化碳、氯氣、甲烷和可燃的碳氫化合物是主要檢測氣體。在半導體工業中最主要是檢測磷、砷和硅烷。家庭中主要是檢測煤氣和液化氣的泄漏以及是否通風。

現有技術中的激光氣體傳感器，為懸掛式儀表設備，在需要多點檢測的場合，如煤礦行業，往往需要每個檢測點均需要安裝全套設備，成本非常高；另外，紅外檢測技術固有的抗干擾能力差的缺陷。

鑒于此，克服以上現有技術中的缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器成為本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器。

本發明的目的可通過以下的技術措施來實現：

一種分布式光纖氣體傳感器，用于檢測待測氣體，與現有技術相比，其不同之處在于，所述氣體傳感器包括：

具有溫度控制裝置的激光源，用于在溫度控制裝置的配合下發射被所述待測氣體高度吸收的預選波長的激光束；

沿著激光發射方向依次設置的光環形器和氣體檢測裝置，激光源和光環形器通過光纖連接，光環形器和氣體檢測裝置通過光纖連接；所述氣體檢測裝置包括用于為所述待測氣體提供吸收容積的氣體吸收池，所述氣體吸收池內設有全反射鏡，激光源的發射激光進入氣體吸收池被待測氣體吸收后經全反射鏡逆向反射；

通過光纖與所述光環形器連接的光電檢測器，用于在預設波長下檢測被全反鏡逆向反射的反射激光；以及

解調裝置，所述解調裝置通過比較在預設波長下檢測的反射激光的光功率與激光源的發射激光的光功率來計算光衰減并根據計算的光衰減來直接或間接地確定所述氣體吸收池中待測氣體的濃度、以及通過計算反射激光的接收時間與發射激光的發射時間的差來直接或間接地確定發射激光的傳播距離。

優選地，所述氣體檢測裝置還包括光纖溫度傳感器，所述光纖溫度傳感器耦接至光纖并向所述解調裝置提供所述光纖的溫度信號以使所述解調裝置根據所述光纖的溫度變化來校正光衰減。

優選地，所述氣體檢測裝置還包括光纖壓力傳感器，所述光纖壓力傳感器耦接至光纖并向所述解調裝置提供所述光纖的壓力信號以使所述解調裝置根據所述光纖的壓力變化來校正光衰減。

優選地，所述氣體傳感器包括兩個激光源，分別發射被第一待測氣體高度吸收的第一預選波長的激光束、和被第二待測氣體高度吸收的第二預選波長的激光束；

所述氣體檢測裝置具有兩個氣體吸收池，分別用于為第一待測氣體和第二待測氣體提供吸收容積。

優選地，所述光纖溫度傳感器、光纖壓力傳感器、第一個氣體吸收池和第二個氣體吸收池沿著激光出射方向通過光分路器依次并聯設置。

優選地，所述第一待測氣體為甲烷，所述第二待測氣體為水汽，所述第一預設波長為1563.7nm，所述第二預設波長為1392nm。

優選地，所述氣體傳感器還包括一顯示裝置。

優選地，所述氣體傳感器還包括一報警裝置，用于在所述第一待測氣體濃度或第二待測氣體濃度超過預設值時發出報警。

優選地，所述氣體傳感器包括多個氣體檢測裝置，所述多個氣體檢測裝置通過光纖沿著激光發射方向依次串聯設置。

優選地，所述激光源為具有芯片的激光器，所述溫度控制裝置與所述芯片連接。