專利名稱：多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)及傳感方法
多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)及傳感方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感及檢測技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，及時、準(zhǔn)確地對易燃、易爆、有毒、有害氣體進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報和自動控制已成為當(dāng)前煤炭、石油、化工、電力等行業(yè)亟待解決的重要問題之一。 同時隨著人們生活水平的提高，人類對生態(tài)環(huán)境凈化的要求越來越高，迫切要求監(jiān)測、監(jiān)控有毒、有害氣體，減少環(huán)境污染，確保身心健康。因此，研制有害氣體傳感監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行，成為當(dāng)今傳感技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題?；诠饫w傳感技術(shù)的氣體檢測方法，特別是近紅外吸收光譜定量檢測技術(shù)在近二十年內(nèi)得到了迅猛發(fā)展。作為一種新型光纖氣體傳感方法，光纖有源內(nèi)腔法將氣室放入光纖激光器的諧振腔內(nèi)，并使激光器的激射波長與待測氣體的吸收光譜相對應(yīng)，微弱光信號在諧振腔內(nèi)往返振蕩形成激光的過程中，多次經(jīng)過待測氣體，從而將較小的氣室長度等效成為很大的有效吸收光程，極大地提高了氣體傳感靈敏度。系統(tǒng)在激光器增益介質(zhì)的增益帶內(nèi)連續(xù)掃描一個周期可獲得氣室內(nèi)所有氣體在該增益帶內(nèi)的吸收光譜，從而具有實現(xiàn)不同種類氣體同時傳感的能力。通常采用摻稀土光纖作為光纖激光器的增益介質(zhì)。目前，比較成熟的有源光纖中摻入的稀土離子有Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+等。摻Nd3+光纖在1. 088 μ m附近具有激射波長，摻鈥(Ho3+)光纖在2. 1 μ m附近具有激射波長，摻鉺(Er3+)光纖在1. 55 μ m波長附近具有很高的增益，摻銩(Tm3+)光纖在1. 4 μ m附近具有激射波長，摻鐿( 3+)光纖在0. 97 μ m 1.2ym范圍內(nèi)具有相當(dāng)寬的激發(fā)帶?？梢姡瑩较⊥凉饫w的激發(fā)帶幾乎覆蓋了整個近紅外波段。但是，一種摻雜光纖的增益帶只覆蓋其中的一部分，可測氣體種類有限。若要檢測更多種類氣體，必須分別搭建不同波段光纖激光內(nèi)腔式氣體傳感系統(tǒng)。因此，若能將不同摻稀土光纖的增益帶結(jié)合起來，可大幅拓寬系統(tǒng)的波長掃描范圍，使系統(tǒng)具有同時檢測更多種類氣體的能力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是解決一種摻雜光纖的增益帶只覆蓋一部分，使可測氣體種類有限的問題，提供一種基于多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)，將摻雜不同稀土離子的有源光纖混疊在同一系統(tǒng)中，使系統(tǒng)同時覆蓋多種摻雜離子的激射波段，可大幅拓寬系統(tǒng)的波長掃描范圍，使該系統(tǒng)具有同時檢測更多種類氣體的能力。本發(fā)明具有很強的擴展性，可以通過插入新的增益通路，達(dá)到進(jìn)一步擴展系統(tǒng)波長掃描范圍的目的。本發(fā)明原理本發(fā)明提供了一種基于多波段混疊結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔式氣體傳感系統(tǒng)，大幅拓寬光纖有源內(nèi)腔法氣體傳感的波長覆蓋范圍，使本系統(tǒng)具有同時檢測和區(qū)分更多種類氣體的能力。摻雜而3+、《03+』產(chǎn)、^13+、％3+等不同稀土離子的摻雜光纖具有不同波長范圍的激發(fā)波段，而不同種類的氣體吸收波長位置也不相同。如果采用一定的系統(tǒng)將摻雜不同稀土離子的有源光纖組合在一起，便可使該系統(tǒng)同時覆蓋多種摻雜離子的激射波段，從而大幅拓展了系統(tǒng)激光輸出波長的范圍，使系統(tǒng)具有同時檢測更多種類氣體的能力。如圖2所示，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器具有梳狀透射譜。在線性電壓的驅(qū)動下，透射譜整體同向偏移，且偏移量大小與驅(qū)動電壓呈近似線性關(guān)系。F-P可調(diào)諧光濾波器的自由光譜范圍(即相鄰兩個透射波長的間隔)須大于一種摻雜光纖的增益帶，且小于相鄰兩個不同摻雜光纖的增益帶間隔，由此可保證在濾波器的一個自由光譜范圍內(nèi)，其透射波長和驅(qū)動電壓之間是確定性對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)F-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀透射譜同向連續(xù)調(diào)諧時，系統(tǒng)在所有摻雜光纖的各自增益帶內(nèi)連續(xù)掃描并輸出激光，通過兩個光探測器可分別獲得相應(yīng)增益帶內(nèi)氣體的吸收光譜曲線。也就是說，系統(tǒng)在不同增益帶內(nèi)采集到的氣體吸收光譜曲線通過F-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀譜特性得以在波域上實現(xiàn)分離，便于分別檢測、解調(diào)?；谝陨显?，本發(fā)明提供了一種多波段混疊式結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)(如圖 1)。該傳感系統(tǒng)包括激光諧振內(nèi)腔部分、氣體傳感部分以及探測解調(diào)部分三部分構(gòu)成，其中第一部分，激光諧振內(nèi)腔部分包括第一光分束器，第一光分束器的兩個輸出端口通過光纖分別與第一光波分復(fù)用器和第二光波分復(fù)用器的一個輸入端口連接，第一光波分復(fù)用器和第二光波分復(fù)用器的另一個輸入端口分別與第一泵浦光源和第二泵浦光源的輸出端口連接，第一光波分復(fù)用器依次連接第一摻雜光纖、第一光隔離器和第一可調(diào)光衰減器，第二光波分復(fù)用器依次連接第二摻雜光纖、第二光隔離器和第二可調(diào)光衰減器，第一可調(diào)光衰減器和第二可調(diào)光衰減器的輸出端口分別與光合束器的一個輸入端口連接，光合束器的輸出連接光環(huán)形器的第一端口，光環(huán)形器的第三端口連接F-P可調(diào)諧光濾波器的輸入端；泵浦光源、光波分復(fù)用器、摻雜光纖、光隔離器、可調(diào)光衰減器構(gòu)成一個增益通路， 對輸入的摻雜光纖增益帶內(nèi)光信號進(jìn)行增益放大，光隔離器保證放大光信號的單向傳輸， 通過調(diào)節(jié)泵浦光源輸出功率或者可調(diào)光衰減器損耗可改變通路的增益大小，兩個光分束器以及光合束器各端口的波長通帶須與該端口連接(或?qū)?yīng))的增益通路增益帶一致。第二部分，氣體傳感部分包括氣室和光反射鏡，氣室和光反射鏡通過光環(huán)形器的第二端口接入激光諧振內(nèi)腔部分，光反射鏡將激光諧振內(nèi)腔部分輸出的信號反射回激光諧振內(nèi)腔部分，以形成激光諧振；第三部分，探測解調(diào)部分包括光耦合器，光耦合器的輸入端連接F-P可調(diào)諧光濾波器的輸出，光耦合器的一個輸出端口連接第二光分束器的輸入端，第二光分束器的兩個輸出端口分別連接第一光探測器和第二光探測器的輸入端，第一光探測器和第二光探測器的輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集模塊的一個模擬輸入端口，數(shù)據(jù)采集模塊連接計算機，數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸出端口同時連接F-P可調(diào)諧光濾波器的電控輸入端口。兩個光探測器分別檢測相應(yīng)增益帶系統(tǒng)輸出激光信號的大小。本發(fā)明系統(tǒng)具有較強的可擴展性，擴展方法是，增加第一光分束器及光合束器的端口數(shù)量，在第一光分束器的輸出端口及光合束器的輸入端口之間增加由泵浦光源、光波分復(fù)用器、摻雜光纖、光隔離器和可調(diào)光衰減器構(gòu)成的增益通路，同時相應(yīng)增加第二光分束器和數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸入端口的數(shù)量，在第二光分束器的輸出端口和數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸入端口之間增加相應(yīng)數(shù)量的光探測器。新通路的增益帶須滿足以下三個條件(1)與系統(tǒng)已有增益通路的增益帶互異； (2)增益帶寬小于F-P可調(diào)諧光濾波器的自由光譜范圍；(3)與系統(tǒng)已有增益通路的增益帶間隔大于F-P可調(diào)諧光濾波器的自由光譜范圍。此外，系統(tǒng)還需增加一個光探測器用于檢測新加增益通路輸出的激光信號，并由數(shù)據(jù)采集模塊同步采集后輸入計算機進(jìn)行處理。本發(fā)明提供的采用以上所述系統(tǒng)進(jìn)行氣體種類和濃度傳感的步驟如下第一、打開第一泵浦光源和第二泵浦光源的電源，調(diào)節(jié)兩個泵浦光源的泵浦功率， 使得傳感系統(tǒng)在兩個摻雜光纖的激射波段內(nèi)均輸出穩(wěn)定激光；第二、向氣室中通入混合氣體，混合氣體中各種類氣體的吸收譜線位置應(yīng)位于第一摻雜光纖或第二摻雜光纖的激射波段內(nèi)；光信號進(jìn)入氣室后通過反射鏡的反射作用以及環(huán)形器第二端口到第三端口的單向運行特性，使得經(jīng)過氣體吸收的光信號通過環(huán)形器的第三端口輸出；第三、位于兩個波段的氣體吸收光譜信號經(jīng)過耦合器和第二光分束器分成兩部分分別采用兩個光探測器接收，其中，第一光探測器和第二光探測器分別用來探測吸收譜線位于第一摻雜光纖激射波段內(nèi)和第二摻雜光纖激射波段內(nèi)的信號；第四、數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸出端口輸出電壓波形用于驅(qū)動F-P可調(diào)諧光濾波器實現(xiàn)透射波長掃描，兩個模擬輸入端口采集兩路光探測器輸出的光電壓值；所有模擬輸出和模擬輸入端口同步工作；第五、數(shù)據(jù)采集模塊獲得的兩路氣體吸收光譜信號送入計算機后進(jìn)行分析處理。 由透射波長和驅(qū)動電壓之間的確定性對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)驅(qū)動電壓值可計算氣體的吸收波長， 再與光譜數(shù)據(jù)庫對應(yīng)可確定氣體種類。由朗伯-比爾定律可知，利用氣體吸收光譜的吸收致光強衰減大小可計算被測氣體的濃度。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明提出了一種將具有不同增益波段的多個摻雜光纖混疊起來的內(nèi)腔式氣體傳感系統(tǒng)。系統(tǒng)同時覆蓋近紅外光譜范圍內(nèi)多種摻雜離子的激射波段，可同時實現(xiàn)多種氣體的區(qū)分識別與濃度傳感。較由單一摻雜光纖構(gòu)成的內(nèi)腔激光氣體傳感系統(tǒng)，能夠檢測的氣體種類將大幅增加。此方法可用于多種混合有害氣體的區(qū)分識別及濃度檢測，可廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、石化、環(huán)保等諸多行業(yè)，具有巨大的科研價值和經(jīng)濟效益。

圖1是多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1是第一光分束器、2是第一泵浦光源、3是第二泵浦光源、4是第一光波分復(fù)用器、5是第二光波分復(fù)用器、6是第一摻雜光纖、7是第二摻雜光纖、8是第一光隔離器、9是第二光隔離器、10是第一可調(diào)光衰減器、11是第二可調(diào)光衰減器、12是光合束器、13是光環(huán)形器、14是氣室、15是光反射鏡、16是F-P可調(diào)諧光濾波器、17是光耦合器、18是第二光分束器、19是第一光探測器、20是第二光探測器、21是數(shù)據(jù)采集模塊、22是計算機； 圖2是F-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀透射譜；圖3是摻鉺光纖增益譜；圖4是摻鐿光纖增益譜；圖5是多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)擴展示意圖，圖中，23是第一 N路光分束器、M是第一增益通路、25是第二增益通路J6是第N 增益通路、27是N路光合束器、13是光環(huán)形器、14是氣室、15是光反射鏡、16是F-P可調(diào)諧光濾波器、17是光耦合器、觀是第二 N路光分束器、四是第一光探測器、30是第二光探測器、31是第N光探測器、21是數(shù)據(jù)采集模塊、22是計算機。圖6增益通路結(jié)構(gòu)中，32是信號光輸入端、33是泵浦光源、34是光波分復(fù)用器、35是摻雜光纖、36 是光隔離器、37是可調(diào)光衰減器、38是信號光輸出端。
具體實施方式實施例1 多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最佳實施方案以摻鉺光纖、摻鐿光纖為例，對多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)的實施進(jìn)行詳細(xì)說明。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要包括光分束器、泵浦光源、光波分復(fù)用器、摻雜光纖 (包括摻鉺光纖和摻鐿光纖)、光隔離器、可調(diào)光衰減器、光合束器、光環(huán)形器、氣室、光反射鏡、F-P可調(diào)諧光濾波器、光耦合器、光探測器、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機等。由980nm第一泵浦光源2、第一光波分復(fù)用器4 (980nm/1550nm)、摻鉺光纖6、第一光隔離器8(1550nm波段)、第一可調(diào)光衰減器10(1550nm波段)構(gòu)成增益通路1。由980nm 第二泵浦光源3、第二光波分復(fù)用器5 (980nm/1050nm)、摻鐿光纖7、第二光隔離器9 (1050nm 波段)、第二可調(diào)光衰減器ll(1050nm波段)構(gòu)成增益通路2。光隔離器8和9分別用于保證各自增益通路上光信號的單向傳輸。通過改變泵浦光源2的輸出功率或者可調(diào)光衰減器 10的損耗，可以調(diào)節(jié)增益通路1的增益。通過改變泵浦光源3的輸出功率或者可調(diào)光衰減器11的損耗，可以調(diào)節(jié)增益通路2的增益。光分束器1和18、光合束器12各端口的波長通帶范圍分別為1.48μπι 1.62μπ^Π0.95μπι 1. 1 μ m，對應(yīng)于摻鉺光纖、摻鐿光纖的增益帶。波長通帶為1.48μπι 1.62μπι的端口與增益通路1相連，波長通帶為0.95μπι 1. 1 μ m的端口與增益通路2相連。光探測器19用于檢測增益通路1在1. 48 μ m 1. 62 μ m 波段產(chǎn)生的激光信號，光探測器20用于檢測增益通路2在0. 95 μ m 1. 1 μ m波段產(chǎn)生的激光信號。系統(tǒng)中其它光器件的通光波長范圍覆蓋1.48 μ m 1.62 μ m和0. 95ym~ 1. Iym 兩個波段范圍。F-P可調(diào)諧光濾波器具有梳狀透射譜，如圖2所示。在驅(qū)動電壓的作用下，其透射譜可在一定波長范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)掃描，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的透射波長值決定了系統(tǒng)輸出激光的波長。為了保證任意時刻在同一增益帶范圍內(nèi)，系統(tǒng)輸出激光的波長具有確定性和唯一性，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的自由光譜范圍(即相鄰兩個透射波長的間隔)須大于摻鉺光纖和摻鐿光纖的增益帶寬，且小于兩者之間的帶寬間隔。摻鉺光纖得到增益譜如圖3所示，摻鐿光纖得到增益譜如圖4所示。因此，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的自由光譜范圍不應(yīng)小于200nm。同時，為了保證氣體吸收光譜的精確性，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的精細(xì)度不應(yīng)低于 5000。系統(tǒng)中由第一光分束器1、兩個增益通路、光合束器12、光環(huán)形器13、F_P可調(diào)諧光濾波器16、光耦合器17通過光纖連接，構(gòu)成激光諧振內(nèi)腔。氣室14和光反射鏡15通過光環(huán)形器13接入激光諧振內(nèi)腔，光反射鏡15將內(nèi)腔輸出的信號通過氣室14反射回內(nèi)腔，以形成激光諧振。本系統(tǒng)實際上相當(dāng)于一個摻鉺光纖內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)和一個摻鐿光纖內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)混疊。即采用一個完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和兩個增益通路，實現(xiàn)兩個完整系統(tǒng)的全部功能，從而更好的體現(xiàn)了系統(tǒng)的集成性與通用性。實施例2 多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)解調(diào)的最佳實施方案以基于摻鉺光纖、摻鐿光纖的混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)為例，詳細(xì)說明多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)解調(diào)的實施方案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。與計算機相連的數(shù)據(jù)采集模塊模擬輸出端口輸出的電壓波形用于驅(qū)動F-P可調(diào)諧光濾波器實現(xiàn)透射波長掃描，兩個模擬輸入端口采集兩路光探測器輸出的光電壓值。所有模擬輸出和模擬輸入端口同步工作，從而保證了系統(tǒng)輸出激光波長與光功率值之間的一一對應(yīng)關(guān)系。在線性電壓驅(qū)動下，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀透射譜整體同向偏移，且偏移量大小與驅(qū)動電壓呈近似線性關(guān)系。當(dāng)F-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀透射譜同向連續(xù)調(diào)諧時，系統(tǒng)輸出激光波長可在摻鉺光纖和摻鐿光纖的增益帶內(nèi)分別實現(xiàn)連續(xù)掃描，此時光探測器19 和光探測器20可分別采集到氣室中所有氣體在1. 48 μ m 1. 62 μ m和0. 95 μ m 1. 1 μ m 兩個波段范圍內(nèi)的全部吸收光譜曲線。也就是說，利用F-P可調(diào)諧光濾波器的梳狀譜特性， 將系統(tǒng)同時掃描到的摻鉺光纖和摻鐿光纖增益帶內(nèi)全部吸收光譜在波域上實現(xiàn)分離，便于分別解調(diào)。當(dāng)氣室中不含有被測氣體時，系統(tǒng)實際采集到的光強為ItlU),其中 λ e
Y[1.48ym,1.62ym]；當(dāng)氣室中含有被測氣體時，系統(tǒng)實際采集到的光強為I (λ)，其中λ e
Υ[1.48μπι，1.62μπι]。則氣體的吸光度為 Κ(λ) = 1η[Ι0(λ)/Ι(λ)]，其中 λ e
Υ[1· 48 μ m，1· 62 μ m]。在摻鉺光纖和摻鐿光纖的增益帶內(nèi)，F(xiàn)-P可調(diào)諧光濾波器的透射波長是由其驅(qū)動電壓值唯一確定的， 即
權(quán)利要求
1.一種基于多波段混疊式結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括激光諧振內(nèi)腔部分、氣體傳感部分和探測解調(diào)部分三個部分，其中第一部分，激光諧振內(nèi)腔部分包括第一光分束器，第一光分束器的兩個輸出端口通過光纖分別與第一光波分復(fù)用器和第二光波分復(fù)用器的一個輸入端口連接，第一光波分復(fù)用器和第二光波分復(fù)用器的另一個輸入端口分別與第一泵浦光源和第二泵浦光源的輸出端口連接，第一光波分復(fù)用器依次連接第一摻雜光纖、第一光隔離器和第一可調(diào)光衰減器，第二光波分復(fù)用器依次連接第二摻雜光纖、第二光隔離器和第二可調(diào)光衰減器，第一可調(diào)光衰減器和第二可調(diào)光衰減器的輸出端口分別與光合束器的一個輸入端口連接，光合束器的輸出連接光環(huán)形器的第一端口，光環(huán)形器的第三端口連接F-P可調(diào)諧光濾波器的輸入端；第二部分，氣體傳感部分包括氣室和光反射鏡，氣室和光反射鏡通過光環(huán)形器的第二端口接入激光諧振內(nèi)腔部分，光反射鏡將激光諧振內(nèi)腔部分輸出的信號反射回激光諧振內(nèi)腔部分，以形成激光諧振；第三部分，探測解調(diào)部分包括光耦合器，光耦合器的輸入端連接F-P可調(diào)諧光濾波器的輸出，光耦合器的一個輸出端口連接第二光分束器的輸入端，第二光分束器的兩個輸出端口分別連接第一光探測器和第二光探測器的輸入端，第一光探測器和第二光探測器的輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集模塊的一個模擬輸入端口，數(shù)據(jù)采集模塊連接計算機，數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸出端口同時連接F-P可調(diào)諧光濾波器的電控輸入端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)具有較強的可擴展性，擴展方法是，增加第一光分束器及光合束器的端口數(shù)量，在第一光分束器的輸出端口及光合束器的輸入端口之間增加由泵浦光源、光波分復(fù)用器、摻雜光纖、光隔離器和可調(diào)光衰減器構(gòu)成的增益通路，同時相應(yīng)增加第二光分束器和數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸入端口的數(shù)量，在第二光分束器的輸出端口和數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸入端口之間增加相應(yīng)數(shù)量的光探測器。
3.一種采用權(quán)利要求1所述氣體傳感系統(tǒng)進(jìn)行氣體種類和濃度傳感的方法，其特征在于該方法的步驟如下第一、打開第一泵浦光源和第二泵浦光源的電源，調(diào)節(jié)兩個泵浦光源的泵浦功率，使得傳感系統(tǒng)在兩個摻雜光纖的激射波段內(nèi)均輸出穩(wěn)定激光；第二、向氣室中通入混合氣體，混合氣體中各種類氣體的吸收譜線位置應(yīng)位于第一摻雜光纖或第二摻雜光纖的激射波段內(nèi)；光信號進(jìn)入氣室后通過反射鏡的反射作用以及環(huán)形器第二端口到第三端口的單向運行特性，使得經(jīng)過氣體吸收的光信號通過環(huán)形器的第三端口輸出；第三、位于兩個波段的氣體吸收光譜信號經(jīng)過耦合器和第二光分束器分成兩部分分別采用兩個光探測器接收，其中，第一光探測器和第二光探測器分別用來探測吸收譜線位于第一摻雜光纖激射波段內(nèi)和第二摻雜光纖激射波段內(nèi)的信號；第四、數(shù)據(jù)采集模塊的模擬輸出端口輸出電壓波形用于驅(qū)動F-P可調(diào)諧光濾波器實現(xiàn)透射波長掃描，兩個模擬輸入端口采集兩路光探測器輸出的光電壓值；所有模擬輸出和模擬輸入端口同步工作；第五、數(shù)據(jù)采集模塊獲得的兩路氣體吸收光譜信號送入計算機后進(jìn)行分析處理；由透射波長和驅(qū)動電壓之間的確定性對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)驅(qū)動電壓值計算氣體的吸收波長，再與光譜數(shù)據(jù)庫對應(yīng)能夠定氣體種類；由朗伯-比爾定律，利用氣體吸收光譜的吸收致光強衰減大小能夠計算被測氣體的濃度。
全文摘要
多波段混疊式內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)及傳感方法。該系統(tǒng)包括激光諧振內(nèi)腔部分(包括第一光分束器，及由泵浦光源、光波分復(fù)用器、摻雜光纖、光隔離器和可調(diào)光衰減器構(gòu)成的兩路增益通路、以及光合束器和F-P可調(diào)諧光濾波器)、氣體傳感部分(包括氣室和光反射鏡)以及探測解調(diào)部分(包括光耦合器、第二光分束器、兩個光探測器、數(shù)據(jù)采集模塊與計算機)三部分。將摻雜不同稀土離子的有源光纖混疊在同一系統(tǒng)中，使系統(tǒng)同時覆蓋多種摻雜離子的激射波段，可大幅拓寬系統(tǒng)的波長掃描范圍，使該系統(tǒng)具有同時檢測更多種類氣體的能力。本發(fā)明具有很強的擴展性，可以在系統(tǒng)中通過插入新的增益通路，達(dá)到進(jìn)一步擴展系統(tǒng)波長掃描范圍的目的。
文檔編號G01N21/01GK102305771SQ20111023741
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者劉琨, 劉鐵根, 梁霄, 江俊峰 申請人:天津大學(xué)