一种连续分布式光纤气体检测的装置制造方法及图纸

连续分布式光纤气体检测的装置，包括依次连接的第一激光器、第一隔离器、第一耦合器、偏振控制器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤；并设有第二隔离器、第二掺铒光纤放大器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、光电探测器、信号采集卡、信号处理及显示单元。在传感光纤上制作一些小孔，作为传感光纤上的气体与光的相互作用区域，第二激光器发出的信号作为泵浦光在传感光纤中与气体相互作用，气体吸收泵浦光后产生周期性的调制特性，得到传感光纤沿线上气体的浓度。本实用新型专利技术可以实现高精度的气体浓度检测，对多种气体检测具有相同的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种连续分布式光纤气体检测的装置
本技术涉及一种气体检测装置，具体涉及一种连续分布式光纤气体检测的装置。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，工业化进程得到了飞速的推进，然而随之带来的安全问题却十分严峻，各类恶性事故的频繁发生，不仅对相关从业人员造成了人身伤害，还给国家造成了巨大的经济损失并且形成了恶劣的社会影响，这些事故基本上都涉及到危险气体的快速检测、实时监测等相关问题。目前，报道的光纤气体传感器主要集中在基于普通或者光子晶体光纤的点式光纤气体传感器上，不能够实现远距离的在线气体检测，因此，研究开发分布式光纤气体传感器技术具有非常重要的学术价值和现实意义。2014年，李刚等研究人员提出了一种分布式气体传感系统及其控制方法，申请号为201410708072.1，通过主控板控制多路光开关，实现了一个激光器控制多路进行气体检测，大大降低了系统成本。2015年，郑光辉等研究人员提出了分布式光纤传感器，申请号为201510071655.2，利用光纤将气体检测装置以及包括激光源、解调装置、光电检测器的主机部分进行连接，出射激光以及反射激光均通过光纤在上述两者之间传播，适合于远距离的站点气体传感检测。2015年，靳伟等研究人员提出了基于空芯光纤光热效应的气体检测方法和系统，申请号为201510005210.4，采用泵浦和探测双激光方案进行检测，方法简单而实用，可以实现极小的光斑面积，大大提高了光功率密度，从而使光热信号强度得到增强。从这些报道来看，这些技术都是点式光纤气体传感器，不能称得上分布式光纤气体传感器，且利用空芯光子晶体光纤的成本太高，很难进行产业化的实施。技术内容本技术目的在于，提供一种连续分布式光纤气体检测的装置，不仅能能够克服现有气体检测技术的缺点与不足，实现分布式光纤气体的检测，而且能够实现快速高精度的测量要求，且具有结构简单，易于实现等优点。为了达到上述目的，本技术提供了一种连续分布式光纤气体检测的装置，其特征在于，包括依次连接的第一激光器101、第一隔离器102、第一耦合器103、偏振控制器104、声光调制器105、第一掺铒光纤放大器106、环形器107、传感光纤108；并设有第二隔离器、第二掺铒光纤放大器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、光电探测器、信号采集卡、信号处理及显示单元117，第一激光器发出的激光信号经第一隔离器进入第一耦合器103，第一耦合器将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第二耦合器114，第二束信号经偏振控制器104进入声光调制器105，声光调制器105将第二束信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，脉冲信号通过第一掺铒光纤放大器放大106后进入环形器1071#端口，从环形器2#端口输出进入传感光纤108，在传感光纤中，脉冲信号产生背向瑞利散射信号，背向瑞利散射信号通过环形器1072#端口进入环形器，从环形器1073#端口输出的背向瑞利散射信号与第一束激光信号在第二耦合器114上耦合，从第二耦合器输出的信号进入光电探测器115后转换成电信号，电信号输入到锁相放大器113，锁相放大器输出两路信号，第一路信号连接到激光控制器112，激光控制器的输出信号驱动第二激光器111，从第二激光器输出的激光信号进入第二掺铒光纤放大器110，经第二掺铒光纤放大器110放大的信号通过第二隔离器109进入传感光纤，在传感光纤中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器110输出的信号，产生相位调制现象，从环形器107的2#端口输入到传感光纤中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息，通过背向瑞利散射信号与本振信号在第二耦合器114上耦合，从锁相放大器113输出的另一路信号进入信号采集卡116，信号采集卡的输出端连接到信号处理及显示单元117，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息，设有脉冲发射器118产生的脉冲电信号连接到声光调制器的电信号输入端驱动声光调制器105工作，脉冲发射器输出的同步信号连接到信号采集卡的同步信号输入端以保持信号采集卡和声光调制器处在同步状态。声光调制器频移为50-150MHz。进一步，其中上述所述第一激光器和第二激光器均为波长和功率可调谐的激光器，所述传感光纤为普通单模光纤、色散位移光纤中的一种；进一步，传感光纤沿光纤表面利用飞秒加工技术制作均匀分布或非均匀分布的小孔作为气体的气室，小孔的直径为约为1-10.0μm。进一步，其中所述光电探测器是平衡探测器或其它种类的光电探测器。利用装置的连续分布式光纤气体检测的方法，包括下列步骤：第一激光器101发出的激光信号经第一隔离器进入第一耦合器，第一耦合器将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第二耦合器，第二束信号经偏振控制器进入声光调制器，声光调制器将第二束信号调制成脉冲信号，且脉冲信号的频率产生一定的频移(声光调制器种类不同，频移不同，大约为80MHz)，脉冲信号通过第一掺铒光纤放大器放大后进入环形器1#端口，从环形器2#端口输出进入传感光纤，在传感光纤中，带脉冲信号的光产生背向瑞利散射信号，背向瑞利散射信号通过环形器2#端口进入环形器，从环形器3#端口输出的背向瑞利散射信号与第一束激光信号在第二耦合器上耦合，从第二耦合器输出的信号进入光电探测器后转换成电信号，电信号输入到锁相放大器，锁相放大器输出两路信号，第一路信号连接到激光控制器，激光控制器的输出信号驱动第二激光器，从第二激光器输出的激光信号进入第二掺铒光纤放大器，经第二掺铒光纤放大器放大的信号通过第二隔离器进入传感光纤，在传感光纤中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器输出的信号，产生相位调制的光信号，从环形器2#端口输入到传感光纤中的带脉冲信号的光检测到相位调制的光的相位信息，通过背向瑞利散射信号与本振信号在第二耦合器上耦合，从锁相放大器输出的另一路信号进入信号采集卡，信号采集卡的输出端连接到信号处理及显示单元，获得传感光纤沿线上与相位调制相关的气体浓度信息，设有的脉冲发射器产生的脉冲电信号连接到声光调制器的电信号输入端驱动声光调制器工作，脉冲发射器输出的同步信号连接到信号采集卡的同步信号输入端以保持信号采集卡和声光调制器处在同步状态。第二激光器发出的信号作为泵浦光在传感光纤中与气体相互作用，气体吸收泵浦光后产生周期性的调制特性，第一激光器发出的探测信号与周期性调制的气体相互作用，使得探测信号的相位产生变化，探测脉冲信号在传感光纤中产生背向瑞利散射信号，通过检测反射的瑞利散射信号相位信息，得到传感光纤沿线上气体的浓度。本技术的有益效果：本技术在普通单模光纤上利用飞秒加工技术制作小孔作为气体的储藏气室，作为传感光纤上的气体与光的相互作用区域，气体吸收泵浦激光信号产生调制现象，再利用探测激光信号在光纤中的背向瑞利散射检测泵浦信号产生调制现象的传感光纤沿线上的相位信息，实现传感光纤沿线上的气体浓度信息，检测装置系统结构简单、结果精确度高，仪器稳定性好。不仅能能够克服现有气体检测技术的缺点与不足，实现分布式光纤气体的检测，而且能够实现快速高精度的测量要求，且具有结构简单，易于实现等优点。本技术方法简单，可以实现高精度的气体浓度检测，对多种气体检测具有相同的适用性。附图说明图1为本技术装置的结构示意框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续分布式光纤气体检测的装置，其特征在于，包括依次连接的第一激光器（101）、第一隔离器（102）、第一耦合器（103）、偏振控制器（104）、声光调制器（105）、第一掺铒光纤放大器（106）、环形器（107）、传感光纤（108）；并设有第二隔离器、第二掺铒光纤放大器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、光电探测器、信号采集卡、信号处理及显示单元（117），第一激光器发出的激光信号经第一隔离器进入第一耦合器（103），第一耦合器将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第二耦合器（114），第二束信号经偏振控制器（104）进入声光调制器（105），声光调制器（105）将第二束信号调制成脉冲信号，脉冲信号通过第一掺铒光纤放大器（106）放大后进入环形器（107）1#端口，从环形器2#端口输出进入传感光纤（108），在传感光纤中脉冲信号的光产生背向瑞利散射信号，背向瑞利散射信号通过环形器（107）2#端口进入环形器，从环形器（107）3#端口输出的背向瑞利散射信号与第一束激光信号在第二耦合器（114）上耦合，从第二耦合器输出的信号进入光电探测器（115）后转换成电信号，电信号输入到锁相放大器（113），锁相放大器输出两路信号，第一路信号连接到激光控制器（112），激光控制器的输出信号驱动第二激光器（111），从第二激光器输出的激光信号进入第二掺铒光纤放大器（110），经第二掺铒光纤放大器（110）放大的信号通过第二隔离器（109）进入传感光纤，在传感光纤中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器（110）输出的信号，产生相位调制现象，从环形器（107）的2#端口输入到传感光纤中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息，通过背向瑞利散射信号与本振信号在第二耦合器（114）上耦合，从锁相放大器（113）输出的另一路信号进入信号采集卡（116），信号采集卡的输出端连接到信号处理及显示单元（117）；设有脉冲发射器（118）产生的脉冲电信号连接到声光调制器的电信号输入端驱动声光调制器（105）工作，脉冲发射器输出的同步信号连接到信号采集卡的同步信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种连续分布式光纤气体检测的装置，其特征在于，包括依次连接的第一激光器（101）、第一隔离器（102）、第一耦合器（103）、偏振控制器（104）、声光调制器（105）、第一掺铒光纤放大器（106）、环形器（107）、传感光纤（108）；并设有第二隔离器、第二掺铒光纤放大器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、光电探测器、信号采集卡、信号处理及显示单元（117），第一激光器发出的激光信号经第一隔离器进入第一耦合器（103），第一耦合器将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第二耦合器（114），第二束信号经偏振控制器（104）进入声光调制器（105），声光调制器（105）将第二束信号调制成脉冲信号，脉冲信号通过第一掺铒光纤放大器（106）放大后进入环形器（107）1#端口，从环形器2#端口输出进入传感光纤（108），在传感光纤中脉冲信号的光产生背向瑞利散射信号，背向瑞利散射信号通过环形器（107）2#端口进入环形器，从环形器（107）3#端口输出的背向瑞利散射信号与第一束激光信号在第二耦合器（114）上耦合，从第二耦合器输出的信号进入光电探测器（115）后转换成电信号，电信号输入到锁相放大器（113），锁相放大器输出两路信号，第一路信号连接到激光控制器（112），激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞东，王如刚，周锋，陈荣，王吉林，卞金洪，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32