[發(fā)明專利]一種基于光纖光聲傳感的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111369189.8
• 申請(qǐng)日: 2021-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN114076737A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鳳翔;陳珂;邱欣杰;李辰溪;趙新瑜;趙躍;柯艷國;朱峰;杭忱;袁小芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院;大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開了一種基于光纖光聲傳感的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括多組不同波段的激發(fā)光源裝置、一組探測(cè)光源裝置、光纖陣列以及多組光纖光聲傳感探頭，激光光源裝置發(fā)射激光光源，探測(cè)光源裝置發(fā)射光聲激發(fā)光源，每組光纖光聲傳感探頭置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，每組光纖光聲傳感探頭的一端通過光纖陣列分別與各激發(fā)光源裝置連接，每組光纖光聲傳感探頭的另一端通過光纖陣列分別與探測(cè)光源裝置連接；其中的一組包括激光光源和準(zhǔn)直透鏡，激光光源發(fā)射的激光光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡匯聚并分束耦合到光纖陣列中；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：激發(fā)光源較多，應(yīng)用場景不受局限，滿足存在多組分氣體檢測(cè)需求的情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖聲波傳感與光聲光譜技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種基于光纖光聲傳感的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

光聲光譜技術(shù)已成為檢測(cè)痕量氣體領(lǐng)域中的一種有效手段，光聲光譜技術(shù)具有靈敏度高，無背景檢測(cè)，響應(yīng)速度快，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。其主要原理是基于氣體分子的選擇性吸收與朗伯-比爾定律，氣體的光聲效應(yīng)主要可以由三個(gè)步驟解釋：1.氣體分子吸收特定波長的激發(fā)光，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；2.激發(fā)態(tài)的分子無輻射躍遷回到基態(tài)，釋放熱量，導(dǎo)致周圍氣體膨脹；3.當(dāng)激發(fā)光以周期信號(hào)調(diào)制時(shí)，氣體也呈周期型的熱脹冷縮形成聲波，被麥克風(fēng)探測(cè)到，被探測(cè)到的光聲信號(hào)和氣體濃度呈正比。因此提高麥克風(fēng)的靈敏度是提高光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度的有效手段。光纖聲波傳感是一種新的聲波檢測(cè)技術(shù)，其基本原理是利用光作為探測(cè)信號(hào)，通過聲波敏感膜片感應(yīng)外界溫度、應(yīng)變、壓力等物理量的變化，并反應(yīng)成光學(xué)參量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界物理量的檢測(cè)。這種方式具有抗電磁干擾，可遠(yuǎn)距離測(cè)量，分布式檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)。將光聲光譜技術(shù)和光纖聲波傳感技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量氣體的精準(zhǔn)檢測(cè)，并且不同于其他光聲氣體檢測(cè)系統(tǒng)，這種方式具有無源，微型的優(yōu)勢(shì)，非常適合在一些狹小區(qū)域，或者電磁干擾嚴(yán)重，如大型變電設(shè)備的特殊領(lǐng)域的氣體檢測(cè)。文獻(xiàn)Chen Ke,Guo Min,Liu Shuai,et al.Fiber-optic photoacoustic sensor for remotemonitoring of gas micro-leakage[J].Optics express,2019,27(4):4648-4659報(bào)道了一種微型的光纖光聲氣體傳感器，激光通過光纖傳輸?shù)焦饴曁筋^激發(fā)光聲信號(hào)，同時(shí)光聲信號(hào)由寬譜光檢測(cè)獲得氣體濃度。但是，這種方式存在激發(fā)光源單一，應(yīng)用場景固定的局限性，對(duì)于存在多組分氣體檢測(cè)需求的情況無法滿足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)光纖光聲傳感方案存在激發(fā)光源單一，應(yīng)用場景固定的局限性，對(duì)于存在多組分氣體檢測(cè)需求的情況無法滿足的問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的：一種基于光纖光聲傳感的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多組不同波段的激發(fā)光源裝置、一組探測(cè)光源裝置、光纖陣列(15)以及多組光纖光聲傳感探頭，所述激光光源裝置發(fā)射光聲激發(fā)光源，所述探測(cè)光源裝置發(fā)射寬譜光用于探測(cè)光聲信號(hào)，每組光纖光聲傳感探頭置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，每組光纖光聲傳感探頭的一端通過光纖陣列(15)分別與各激發(fā)光源裝置連接，每組光纖光聲傳感探頭的另一端通過光纖陣列(15)分別與探測(cè)光源裝置連接；所述多組不同波段的激發(fā)光源裝置中的一組包括激光光源(5)和準(zhǔn)直透鏡(17)，所述激光光源(5)發(fā)射特定波長的激光光束，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(17)將光束匯聚并分束耦合到光纖陣列(15)的各輸入端中，光纖陣列(15)的各輸出端分別一一對(duì)應(yīng)的與各組光纖光聲傳感探頭的一端連接。

本發(fā)明不同波段的激發(fā)光源復(fù)用可實(shí)現(xiàn)多組分氣體的檢測(cè)，每組光纖光聲傳感探頭置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，通過選擇接通其中一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域或者分時(shí)接通多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)?yīng)的光纖光聲傳感探頭實(shí)現(xiàn)一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣體檢測(cè)或者多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣體分時(shí)檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分布式檢測(cè)，激發(fā)光源較多，應(yīng)用場景不受局限，滿足存在多組分氣體檢測(cè)需求的情況。