[發(fā)明專利]一種基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810621842.7
• 申請(qǐng)日: 2018-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN108801928A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳濤;孔維平;胡蓉菁;何興道
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

本發(fā)明提供了一種基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置，包括激光模塊、氣體檢測(cè)模塊、信號(hào)接收單元和計(jì)算終端，所述激光模塊輸出的激光經(jīng)分束器進(jìn)入與所述氣體檢測(cè)模塊級(jí)聯(lián)的單模光纖中，所述氣體檢測(cè)模塊利用無線電將探測(cè)信號(hào)傳輸?shù)剿鲂盘?hào)接收單元，所述信號(hào)接收單元將接收到的探測(cè)信號(hào)送至所述計(jì)算終端；所述激光模塊由可調(diào)諧激光器、激光控制器和信號(hào)調(diào)制器組成；所述氣體檢測(cè)模塊由氣體傳感單元、信號(hào)放大器、信號(hào)解調(diào)器和無線電信號(hào)發(fā)射模塊組成。本發(fā)明提供的基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置，通過帶缺陷高Q值的微納器件將內(nèi)光場(chǎng)耦合輸出，簡化了裝置、易于集成、體積小、靈敏度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光聲光譜氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，在生產(chǎn)制造過程中由于工藝限制不可避免的會(huì)產(chǎn)生許多有毒有害氣體，由此導(dǎo)致大氣環(huán)境污染，影響人民身體健康；許多輸油運(yùn)氣管道由于常年暴露在室外，經(jīng)過長時(shí)間雨水沖刷腐蝕，管道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溢出或者是泄漏，由此導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)損失以及人員安全隱患都是不可估量的，但由于這些區(qū)域面積廣且事發(fā)初期污染物濃度較低，難以發(fā)現(xiàn)。

因此，研究一種能夠靈活對(duì)被檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行氣體檢測(cè)并探測(cè)靈敏度高的技術(shù)顯得尤為重要，對(duì)比目前所有的氣體檢測(cè)裝置，光纖氣體傳感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從簡單的單點(diǎn)測(cè)量到大規(guī)模多點(diǎn)式檢測(cè)，具有適應(yīng)性強(qiáng)，能耗低等特點(diǎn)，因此亟需研究開發(fā)一種光纖氣體檢測(cè)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供了一種基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置，包括激光模塊、氣體檢測(cè)模塊、信號(hào)接收單元和計(jì)算終端，所述激光模塊輸出的激光經(jīng)分束器進(jìn)入與所述氣體檢測(cè)模塊級(jí)聯(lián)的單模光纖中，所述氣體檢測(cè)模塊利用無線電將探測(cè)信號(hào)傳輸?shù)剿鲂盘?hào)接收單元，所述信號(hào)接收單元將接收到的探測(cè)信號(hào)送至所述計(jì)算終端；所述激光模塊由可調(diào)諧激光器、激光控制器和信號(hào)調(diào)制器組成；所述氣體檢測(cè)模塊由氣體傳感單元、信號(hào)放大器、信號(hào)解調(diào)器和無線電信號(hào)發(fā)射模塊組成。

其中，所述的氣體傳感單元由光耦合器件、微納器件、匯聚透鏡、石英音叉和共振管組成；所述石英音叉與所述信號(hào)放大器相連，所述共振管分別正交放置在所述石英音叉叉谷兩側(cè)。

其中，所述氣體檢測(cè)模塊的數(shù)量為2個(gè)或2個(gè)以上。

其中，所述的計(jì)算終端為有運(yùn)算功能及顯示功能的設(shè)備，可以是電腦或手機(jī)中的任意一種。

其中，所述的光耦合器件可以是拉錐光纖、棱鏡或光纖棱鏡中的任意一種。

其中，所述的拉錐光纖由單模光纖直接拉錐形成或者是由一段拉錐光纖與單模光纖耦合在一起組成。

其中，所述的微納器件可以是帶缺陷高Q值的微球、微盤、微管或微泡中的任意一種。

本發(fā)明提供的一種基于光聲光譜分布式光纖氣體檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

S1：所述激光模塊發(fā)出激光通過所述單模光纖傳輸?shù)剿龉怦詈掀骷校龉怦詈掀骷⒉糠止怦詈系剿鑫⒓{器件中，激光在所述微納器件中來回反射形成回音壁效應(yīng)，產(chǎn)生很強(qiáng)的光場(chǎng)，再將所述光場(chǎng)耦合輸出，輸出的光通過所述匯聚透鏡穿過所述共振管，被檢測(cè)氣體會(huì)吸收所述共振管之間的光并激發(fā)出聲波信號(hào)，聲波信號(hào)與所述共振管發(fā)生諧振并被放大，再由所述石英音叉接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述電信號(hào)被傳至所述信號(hào)放大器進(jìn)行濾波放大并經(jīng)過所述信號(hào)解調(diào)器解調(diào)，再由所述無線電信號(hào)發(fā)射模塊遠(yuǎn)距離傳輸給所述信號(hào)接收單元；

S2：所述信號(hào)接收單元接收所述無線電信號(hào)發(fā)射模塊發(fā)出的信號(hào)并將其信號(hào)送至所述計(jì)算終端，所述計(jì)算終端將從所述信號(hào)接收單元接收到的二次諧波信號(hào)計(jì)算二次諧波信號(hào)峰值，并與數(shù)據(jù)庫中峰值與濃度定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比獲得探測(cè)氣體濃度值，并將所述濃度值顯示，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)濃度超過預(yù)警濃度則報(bào)警。