一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，该系统包括：微处理器，微处理器与电流驱动电路相连，电流驱动电路与DFB激光器相连；DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机进行计算待测气体吸收损耗量，最后根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于气体检测领域，尤其涉及一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统。
技术介绍
早在上个世纪20年代，人类就开始了对气体检测设备和方法的研究，时至今日,可监测的气体从早期的CO和CH；发展为涵盖CH等爆炸性气体、H2S等有害气体、O2、H2O、CO等环境气体、CO等工程气体以及挥发的酒精和烟气等的综合性监测设备。各类气体传感器也相继而生，现有气体传感器主有半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧型气体传感器、高分子型气体传感器以及光纤型气体传感器等等近三十年来，伴随着光纤和光通信技术的高速发展，光纤传感器逐渐成为研究的主流。为测量低浓度样品，科研人员提出增加吸收长度的方案，但同时也带来了吸收池体积庞大，多次反射结构导致稳定性差，腔体及镜片生产和准直困准等各方面问题。1984年，腔衰荡光谱技术(CRDs)的概念由Anderson等人在前人基础上正式提出。其方案采用激光光源，及由两只高反射率镜片组成光学谐振腔,在谐振腔内充入待测物质(某浓度的气体等)，随后将脉冲光信号藕合进入谐振腔内，每次均有少量的光信号透过高反射率镜片出射并被后面的接收单元收集，通过测量耦合出光学谐振腔内的光信号的衰减速率，即可得知该光学腔的损耗值，进而达到得知谐振腔内的气体浓度的目的。虽然基于空间光学的腔衰荡光谱技术有着极高检测灵敏度等优点,但该类系统尚存在几个本质缺陷：例如①腔体加工精度、高反射率涂覆要求苛刻，且端镜准直程度要求很高，结构稳定性差；②端镜与光纤间祸合困难效率低，易受干扰。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺点，本技术提供一种抗电磁干扰、适宜危险环境、结构稳定性强以及测量范围广的基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，所述光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收损耗量，最后根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度。所述信号调理电路包括放大电路，所述放大电路的输入端与光电探测转换电路的输出端相连，放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端与数据采集电路的输入端相连。一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号的传输方向上还设置若干个串联连接的光纤环形腔，每个所述光纤环形腔的输出光信号分别传送至相应的光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过相应的信号调理电路和相应的数据采集电路处理后，传送至相应的PC机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度，最终实现单通道多点气体浓度检测。一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与若干个DFB激光器相连；每个所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度；最终实现若干个光纤环形腔并联连接形式的多通道气体浓度检测。一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与若干个DFB激光器相连；每个所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号的传输方向上还设置若干个串联连接的光纤环形腔，每个所述光纤环形腔的输出光信号分别传送至相应的光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过相应的信号调理电路和相应的数据采集电路处理后，传送至相应的PC机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度，最终实现多通道多点气体浓度检测。本技术的有益效果为：(1)本技术的该系统固有损耗，只需改变激光出射光波长，使其移出目标气体特征吸收波长之外，此时通过系统测出的光损耗就是本系统的固有损耗，本技术的该检测方法比以往将气室内待测气体吹干测固有损耗要准确，简单，并提高了监测的实时性，而且具有结构简单、操作方便的优点；(2)本技术采用光纤环衰荡取代了增加气室长度进行测量低浓度气体的方法，适宜长距离传输、抗电磁干扰、适宜危险环境、结构稳定性强，测量范围广；(3)本技术设计了光纤环，由于光纤环衰荡的存在，气室可以设计较短，则气室准直程度便会提高，就会减少光脉冲额外损耗；(4)本技术将多个光纤环形腔串接或者并接或者串并混接方式，可实现多通道传感，同时对多点的气体浓度进行检测。附图说明图1是本技术的基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统的结构示意图；图2是本技术的光电探测转换电路电路图；图3是本技术的放大电路的电路图。其中，1、温控电路；2、DFB激光器；3、电流驱动电路；4、微处理器；5、光纤二分二耦合器；6、气室；7、光电探测转换电路；8、放大电路；9、数据采集电路；10、PC机。具体实施方式下面结合附图与实施例对本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，其特征在于，包括：微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，所述光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收损耗量，最后根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，其特征在于，包括：
微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；
所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二
分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再
反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；
另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，所述光电探测转换电路输出
的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收
损耗量，最后根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度。
2.如权利要求1所述的一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，其特征在于，
所述信号调理电路包括放大电路，所述放大电路的输入端与光电探测转换电路的输出端相连，
放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端与数据采集电路的输入端相
连。
3.一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，其特征在于，包括：
微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；
所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二
分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再
反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；
另一路光信号的传输方向上还设置若干个串联连接的光纤环形腔，每个所述光纤环形腔
的输出光信号分别传送至相应的光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输
出的电信号依次经过相应的信号调理电路和相应的数据采集电路处理后，传送至相应的PC
机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱存光，王光伟，孟双双，王朋朋，王仁德，陶雪辰，郑志丽，郭婷，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东;37