[發(fā)明專利]一種光纖光熱氣體傳感裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010512712.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111504945B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任偉;姚晨雨;許可;王震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 朗思傳感科技（深圳）有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/39
• 分類號(hào): G01N21/39;G01N21/31;G01N21/25;G01N21/17
• 代理公司: 深圳市深佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44285
• 代理人: 王仲凱

1.一種光纖光熱氣體傳感裝置，其特征在于：包括中紅外泵浦激光器(1)、近紅外探測(cè)激光器(2)、耦合組件、紅外寬波段空芯光纖(3)以及光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件(4)，所述耦合組件包括近紅外-中紅外雙路耦合組件(5)以及近紅外單路耦合組件(6)，所述紅外寬波段空芯光纖(3)通過所述近紅外單路耦合組件(6)與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件(4)相連接；所述中紅外泵浦激光器(1)以及所述近紅外探測(cè)激光器(2)通過所述耦合組件與所述紅外寬波段空芯光纖(3)相連接，所述紅外寬波段空芯光纖(3)通過所述耦合組件與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件(4)相連接，所述紅外寬波段空芯光纖(3)內(nèi)填充待測(cè)氣體；

中紅外光路上依次設(shè)有中紅外實(shí)芯光纖(20)、紅外寬波段光纖合束器(57)、第一對(duì)尾氣室(56)；

所述近紅外探測(cè)激光單路耦合組件(6)連接所述紅外寬波段空芯光纖(3)的另一側(cè)，依次設(shè)有第二對(duì)尾氣室(64)和近紅外普通單模光纖(8)，所述紅外寬波段空芯光纖(3)與實(shí)芯光纖(20)采用對(duì)接耦合，中間不使用空間光元件；

所述光纖光熱氣體傳感裝置還包括偏振控制器(71)、光纖分束器(72)、壓電陶瓷環(huán)(73)以及第二光纖合束器(74)；所述近紅外探測(cè)激光器2的輸出端為普通單模通訊光纖(8)，經(jīng)過所述光纖分束器(72)后分成兩路，一路由所述中紅外-近紅外雙路耦合組件(5)進(jìn)入所述紅外寬波段空芯光纖(3)，之后由近紅外探測(cè)激光單路耦合組件(6)耦合回普通單模通訊光纖(8)中，該路被稱為傳感臂；另一路經(jīng)第三輸出光纖(75)繞在所述壓電陶瓷圓環(huán)(73)上，通過控制所述壓電陶瓷圓環(huán)(73)的電壓改變其直徑，從而對(duì)纏繞在上面的第三輸出光纖(75)的長度進(jìn)行精密控制，該路被稱為參考臂；這兩路經(jīng)所述光纖合束器(74)整合發(fā)生干涉，在所述近紅外探測(cè)激光器(2)和光纖分束器(72)之間設(shè)有所述偏振控制器(71)，以保證干涉對(duì)比度最大。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光熱氣體傳感裝置，其特征在于：所述中紅外泵浦激光器(1)以及所述近紅外探測(cè)激光器(2)通過所述近紅外-中紅外雙路耦合組件(5)與所述紅外寬波段空芯光纖(3)相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖光熱氣體傳感裝置，其特征在于：所述近紅外-中紅外雙路耦合組件(5)包括第一氣室(51)、二向色鏡(52)、第一聚焦透鏡(53)、第二聚焦透鏡(54)以及第一光纖準(zhǔn)直鏡(55)，所述第一氣室(51)適配連接設(shè)置在所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸入端，所述二向色鏡(52)與所述第一氣室(51)相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述中紅外泵浦激光器(1)的發(fā)射端、所述第一聚焦透鏡(53)以及所述二向色鏡(52)依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第一光纖準(zhǔn)直鏡(55)的輸入端與所述近紅外探測(cè)激光器(2)的輸出端光纖連接，所述第一光纖準(zhǔn)直鏡(55)的輸出端、所述第二聚焦透鏡(54)以及所述二向色鏡(52)依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述近紅外單路耦合組件(6)包括第二氣室(61)、準(zhǔn)直透鏡(62)以及近紅外光纖耦合鏡(63)，所述第二氣室(61)適配設(shè)置在所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸出端，所述第二氣室(61)、所述準(zhǔn)直透鏡(62)以及所述近紅外光纖耦合鏡(63)的輸入端依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述近紅外光纖耦合鏡(63)的輸出端通過光纖與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件(4)相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖光熱氣體傳感裝置，其特征在于：所述近紅外-中紅外雙路耦合組件(5)包括第一對(duì)尾氣室(56)以及紅外寬波段光纖合束器(57)，所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸入端適配插置在所述第一對(duì)尾氣室(56)內(nèi)，所述紅外寬波段光纖合束器(57)的輸入端分別與所述中紅外泵浦激光器(1)的輸出端以及所述近紅外探測(cè)激光器(2)的輸出端相光纖連接，所述紅外寬波段光纖合束器(57)的輸出端連接第一輸出光纖(58)，所述輸出光纖(58)適配插置在所述第一對(duì)尾氣室(56)內(nèi)并與所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸入端對(duì)接耦合，所述近紅外單路耦合組件(6)包括第二對(duì)尾氣室(64)以及第二輸出光纖(65)，所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸出端適配插置在所述第二對(duì)尾氣室(64)內(nèi)，所述第二輸出光纖(65)的輸入端適配插置在所述第二對(duì)尾氣室(64)內(nèi)并與所述紅外寬波段空芯光纖(3)的輸出端對(duì)接耦合，所述第二輸出光纖(65)的輸出端與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件(4)相連接。