[發明專利]一種全光纖型開放式氣體監測系統和檢測方法

有效

• 申請號: 202010848024.8
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111982813B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李勁松
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/39
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

1.一種全光纖型開放式氣體監測系統，其特征在于，包括：波長可調諧激光器、1×3光纖分束器、三鏡腔系統、基于空芯光纖的參考池、光纖環形腔干涉計、三個光電探測器、激光器控制模塊、模數和數模轉換模塊、計算機控制單元；

所述計算機控制單元的信號輸出端與數模轉換模塊連接，所述數模轉換模塊的信號輸出端與激光器控制模塊連接，所述激光器控制模塊的信號輸出端與波長可調諧激光器控制連接；

所述波長可調諧激光器通過光纖輸出，與1×3光纖分束器連接，所述1×3光纖分束器按一定比例將激光分為三路輸出，比例最高的第一路入射光通過光纖準直器準直后入射到三鏡腔系統，所述三鏡腔系統包括第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡，所述三鏡腔系統的第一腔鏡、第三腔鏡中心分別開有入射小孔、出射小孔，入射光通過入射小孔進入三鏡腔系統，依次經過第三腔鏡和第二腔鏡，通過調節入射角度使得入射光在三鏡腔系統內部形成多次反射，最終從出射小孔出射，所述三鏡腔系統的出射光通過聚焦透鏡聚焦后入射到第一光電探測器，所述第一光電探測器置于聚焦透鏡焦點處；

所述1×3光纖分束器產生的第二路入射光通過第一光纖耦合器輸入到基于空芯光纖的參考池，所述基于空芯光纖的參考池內部充有一定濃度的待檢測氣體分子，空心光纖長度和充入氣體濃度依據實際需求選擇，入射光從空芯光纖出射后，直接耦合到第二光電探測器；

所述1×3光纖分束器產生的第三路入射光通過第二光纖耦合器輸入到光纖環形腔干涉計，在所述光纖環形腔干涉計內部產生干涉，入射光從光纖環形腔干涉計出射后，直接耦合到第三光電探測器；

所述三個光電探測器的信號輸出端接入多通道模數轉換模塊，所述模數轉換模塊將三路光電信號輸入到計算機控制單元進行在線實時分析處理。

2.根據權利要求1所述的一種全光纖型開放式氣體監測系統，其特征在于，所述波長可調諧激光器的中心波長依據待檢測氣體分子的種類而定。

3.根據權利要求1所述的一種全光纖型開放式氣體監測系統，其特征在于，所述三鏡腔系統的第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡均為反射鏡，三個所述反射鏡之間的物理距離，可依據實際應用需求，以實現不同區域范圍內的氣體監測要求。

4.根據權利要求1所述的一種全光纖型開放式氣體監測系統，其特征在于，所述1×3光纖分束器的分束比例為8:1:1。

5.一種全光纖型開放式氣體檢測方法，其特征在于，該方法采用權利要求1-4中任一項所述的全光纖型開放式氣體監測系統實現開放區域范圍泄漏氣體的檢測；

其中，計算機控制單元內包括Labview軟件編寫的激光器驅動信號輸出模塊、頻率信號解調分析算法模塊和吸收光譜擬合反演濃度算法模塊；所述檢測方法具體包括以下步驟：

[01]計算機控制單元Labview軟件編寫的激光器驅動信號輸出模塊輸出的激光器波長調諧或調制驅動電壓信號通過數模轉換模塊變成模擬信號，再經過激光器控制模塊輸入到波長可調諧激光器，實現激光器波長調諧和調制輸出；

[02]波長可調諧激光器發出的激光通過光纖輸出并直接耦合到1×3光纖分束器，實現三路激光同步輸出；

[03]第一路激光通過光纖準直器準直后，入射到三鏡腔系統，入射光在三鏡腔內部多次反射后出射，出射光經過聚焦透鏡聚焦，入射到第一光電探測器，第一光電探測器的位置處于聚焦透鏡的焦點位置；

[04]第二路激光通過第一光纖耦合器直接進入基于空芯光纖的參考池，出射光直接耦合到第二光電探測器；

[05]第三路激光通過第二光纖耦合器直接進入光纖環形腔干涉計，入射光在干涉計內部產生干涉條紋，入射光從空芯光纖出射后，直接耦合到第三光電探測器；

[06]最終，三路光電探測器輸出的電壓信號同時輸入到數模轉換模塊，數模轉換模塊將信號輸入到計算機控制單元中Labview軟件編寫的頻率信號解調分析算法模塊和吸收光譜擬合反演濃度算法模塊，吸收光譜擬合反演濃度算法模塊依據預先選擇的光譜探測方法進行相關處理分析。