[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

本發(fā)明公開并提供了一種一次諧波信號(hào)解調(diào)后沒(méi)有背景噪音信號(hào)的光纖光熱氣體傳感裝置及方法。本發(fā)明中的光纖光熱氣體傳感裝置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(guò)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(guò)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。本發(fā)明適用于光纖光熱氣體傳感領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖光熱氣體傳感裝置及方法。

背景技術(shù)

吸收光譜法是一種常用氣體測(cè)量方法，特定波長(zhǎng)的光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)一部分光能量被待測(cè)氣體吸收，吸收能量與待測(cè)氣體濃度正相關(guān)，吸光度是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)。波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)WMS對(duì)入射光的波長(zhǎng)進(jìn)行高頻調(diào)制，經(jīng)過(guò)氣體吸收后其透射光信號(hào)含有一系列諧波信號(hào)，解調(diào)這些諧波信號(hào)就能得到氣體濃度信息，同時(shí)采用高頻檢測(cè)降低了1/f噪音。如果對(duì)透射光信號(hào)在調(diào)制頻率處解調(diào)將得到一次諧波信號(hào)1f，1f信號(hào)有很強(qiáng)的背景信號(hào)，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)調(diào)制通常采用調(diào)制激光二極管的驅(qū)動(dòng)電流的方法，在調(diào)制波長(zhǎng)的同時(shí)還會(huì)調(diào)制激光強(qiáng)度，稱為剩余強(qiáng)度調(diào)制，從而給1f吸收信號(hào)帶來(lái)較強(qiáng)的背景。而2f受背景信號(hào)影響小，所以WMS技術(shù)通常解調(diào)透射光的2f諧波信號(hào)，但WMS-2f信號(hào)強(qiáng)度通常比1f小很多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一次諧波信號(hào)解調(diào)后沒(méi)有背景信號(hào)的光纖光熱氣體傳感裝置及方法。

本發(fā)明中的光纖光熱氣體傳感裝置包括中紅外泵浦激光器、近紅外探測(cè)激光器、耦合組件、紅外寬波段空芯光纖以及光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件，所述中紅外泵浦激光器以及所述近紅外探測(cè)激光器通過(guò)所述耦合組件與所述紅外寬波段空芯光纖相連接，所述紅外寬波段空芯光纖通過(guò)所述耦合組件與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件相連接，所述紅外寬波段空芯光纖內(nèi)填充待測(cè)氣體。

所述耦合組件包括近紅外-中紅外雙路耦合組件以及近紅外單路耦合組件，所述中紅外泵浦激光器以及所述近紅外探測(cè)激光器通過(guò)所述近紅外-中紅外雙路耦合組件與所述紅外寬波段空芯光纖相連接，所述紅外寬波段空芯光纖通過(guò)所述近紅外單路耦合組件與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件相連接。

所述近紅外-中紅外雙路耦合組件包括第一氣室、二向色鏡、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡以及第一光纖準(zhǔn)直鏡，所述第一氣室適配連接設(shè)置在所述紅外寬波段空芯光纖的輸入端，所述二向色鏡與所述第一氣室相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述中紅外泵浦激光器的發(fā)射端、所述第一聚焦透鏡以及所述二向色鏡依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第一光纖準(zhǔn)直鏡的輸入端與所述近紅外探測(cè)激光器的輸出端光纖連接，所述第一光纖準(zhǔn)直鏡的輸出端、所述第二聚焦透鏡以及所述二向色鏡依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述近紅外單路耦合組件包括第二氣室、準(zhǔn)直透鏡以及近紅外光纖耦合鏡，所述第二氣室適配設(shè)置在所述紅外寬波段空芯光纖的輸出端?，所述第二氣室、所述準(zhǔn)直透鏡以及所述近紅外光纖耦合鏡的輸入端依次相對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述近紅外光纖耦合鏡的輸出端通過(guò)光纖與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件相連接。

所述近紅外-中紅外雙路耦合組件包括第一對(duì)尾氣室以及紅外寬波段光纖合束器，所述紅外寬波段空芯光纖的輸入端適配插置在所述第一對(duì)尾氣室內(nèi)，所述紅外寬波段光纖合束器的輸入端分別與所述中紅外泵浦激光器的輸出端以及所述近紅外探測(cè)激光器的輸出端光纖連接，所述紅外寬波段光纖合束器的輸出端連接第一輸出光纖，所述輸出光纖適配插置在所述第一對(duì)尾氣室內(nèi)并與所述紅外寬波段空芯光纖的輸入端適配對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述近紅外單路耦合組件包括第二對(duì)尾氣室以及第二輸出光纖，所述紅外寬波段空芯光纖的輸出端適配插置在所述第二對(duì)尾氣室內(nèi)，所述第二輸出光纖的輸入端適配插置在所述第二對(duì)尾氣室內(nèi)并與所述紅外寬波段空芯光纖的輸出端適配對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第二輸出光纖的輸出端與所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件相連接。

所述光熱信號(hào)探測(cè)解調(diào)組件近紅外光電探測(cè)器，所述近紅外光電探測(cè)器與所述近紅外單路耦合組件相連接。