[發明專利]采用摻鉺光纖放大器補償光強的長光程氣體檢測裝置

在審

• 申請號: 201810118643.4
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108279218A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 張秦端;常軍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

采用摻鉺光纖放大器補償光強的長光程氣體檢測裝置，屬于光纖氣體傳感領域，該系統包括DFB激光器、光纖耦合器、氣室、光電探測器、跨阻放大器、數據采集卡、激光二極管控制器、摻鉺光纖放大器和計算機。DFB激光器輸出端連接耦合器a的一輸入端，耦合器a的輸出端連接氣室的輸入端，氣室的輸出端連接耦合器b的輸入端，耦合器b的一輸出端連接摻鉺光纖放大器的輸入端，摻鉺光纖放大器的輸出端連接耦合器a的另一輸入端，耦合器b的另一輸出端連接光電探測器，光電探測器輸出端連接跨阻放大器的輸入端，跨阻放大器的輸出端連接數據采集卡，數據采集卡連接計算機，DFB激光器由激光二極管控制器控制。該裝置具有光程長，檢測靈敏度高等優點。

技術領域

本發明涉及一種長光程氣體檢測技術。具體講的是一種采用摻鉺光纖放大器補償光強的長光程氣體檢測裝置。屬于光纖氣體傳感技術領域。

背景技術

在工農業生產中，對氣體濃度的精確和可靠的測量是至關重要的。由于與紅外光譜吸收法氣體濃度檢測相關的器件的成本逐漸降低，且工作性能得到大幅度優化，使用壽命增長，同時更加穩定，所以紅外光譜吸收法在氣體濃度檢測領域得到迅速的發展及推廣。

紅外光譜吸收法氣體檢測的基本工作原理為：不同的氣體分子在其特定的波長處存在著獨特的吸收譜線，入射光束入射到氣室后被氣體吸收后，其強度會發生相應程度的衰減，通過測量透射光強信號的衰減來求得氣體濃度。

《光學學報》，2010年，30卷12期，3655-3659頁，作者為裴世鑫、崔芬萍、張成義、李傳起，名稱為《基于積分腔輸出光譜技術的水汽探測研究》的文章提出一種基于可調諧半導體激光器的積分腔輸出光譜(TDLICOS)系統，將激光耦合到吸收池后,將會在腔內多次反射,從而獲得很長的吸收光程，但該系統結構中的積分腔的反射腔鏡存在著損耗，因此光程受到了限制，且積分腔制作非常困難，不易實現。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷和不足，本發明提出了一種采用摻鉺光纖放大器補償光強的長光程氣體檢測裝置，通過摻鉺光纖放大器對系統中的光進行放大，來補償系統中損失的光強，光通過環形腔多次進入氣室，從而增大了吸收光程，以提高系統的檢測靈敏度。

本發明采用的技術方案如下：

一種采用摻鉺光纖放大器補償光強的長光程氣體檢測裝置，包括DFB激光器、光纖耦合器a、氣室、光纖耦合器b、光電探測器、跨阻放大器、數據采集卡、激光二極管控制器、摻鉺光纖放大器和計算機，其特征在于DFB激光器輸出端通過光纖連接分光比為1:1的1×2光纖耦合器a的一輸入端，光纖耦合器a的輸出端通過光纖連接氣室的輸入端，氣室的輸出端通過光纖連接分光比為1:99的1×2光纖耦合器b的輸入端，光纖耦合器b的分光比為99的輸出端通過光纖連接摻鉺光纖放大器的輸入端，摻鉺光纖放大器的輸出端通過光纖連接到光纖耦合器a的另一輸入端，光纖耦合器b的分光比為1的輸出端通過光纖連接到光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接跨阻放大器的輸入端，跨阻放大器的輸出端連接到數據采集卡，數據采集卡和計算機相連接，DFB激光器和激光二極管控制器相連接并由其調節控制；

所述的光纖耦合器a，氣室，光纖耦合器b，摻鉺光纖放大器構成環形腔；

所述的DFB激光器的驅動調節控制也可使用單片機及溫控模塊以取代激光二極管控制器，使用單片機時分別將單片機連接到DFB激光器以產生高頻調制信號和低頻掃描信號，兩者疊加后作為電流驅動信號，用來驅動DFB激光器，溫控模塊連接到DFB激光器以控制DFB激光器的溫度；

所述的跨阻放大器也可使用前置放大器和鎖相放大器來代替，即光電探測器的輸出端連接前置放大器，前置放大器后面連接到鎖相放大器，鎖相放大器輸出端和數據采集卡相連接。

所述的DFB激光器的中心波長為1530nm或1544nm。