准分布式光纤气体浓度检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及的准分布式光纤气体浓度检测系统，它的激光发生器的激光信号输出端连接光环形器的第一通信接口，光环形器的第二通信接口连接第一光耦合器的第一光信号耦合接口，第一光耦合器的第二光信号耦合接口连接第一反射型开放气室的光信号接口，第一光耦合器的第三光信号耦合接口连接第二光耦合器的第一光信号耦合接口，第二光耦合器的第二光信号耦合接口连接第二反射型开放气室的光信号接口，第二光耦合器的第三光信号耦合接口连接第三光耦合器的第一光信号耦合接口，第三光耦合器的第二光信号耦合接口连接第三反射型开放气室的光信号接口。本实用新型专利技术能准确快速测量分布式的环境气体浓度。

Quasi distributed optical fiber gas concentration detection system

The utility model relates to a quasi distributed optical fiber gas concentration detection system. The laser signal output end of the laser generator connects the first communication interface of the ring shaped device, the second communication interface of the optical ring form connects the first light signal coupling interface of the first optical coupler and the second light signal coupling interface of the first optical coupler. The first optical coupling interface of the first optical coupler connects the first light signal coupling interface of the second optical coupler, the second light signal coupling interface of the second optocoupler connects the optical signal interface of the second reflective open gas chamber, and the third light signal coupling of the second optical coupler. The joint interface connects the first light signal coupling interface of the third optical coupler and the second light signal coupling interface of the third optical coupler to connect the optical signal interface of the third reflective open gas chamber. The utility model can accurately and quickly measure the concentration of distributed ambient gases.

【技术实现步骤摘要】
准分布式光纤气体浓度检测系统
本技术涉及光通信
，具体涉及一种准分布式光纤气体浓度检测系统。
技术介绍
光纤传感器时分复用技术(TDM)的实现是基于耦合于同一光纤上的多个传感器，每两个传感器之间都由光纤相耦合，这段经过耦合的光纤产生一段延时，由于这段延时导致不同位置的传感器信号传入接收端的时间不同，该时间差在时域上产生了分时效应，依靠输出信号的分时效应可以确定各传感器的位置以及每个传感器返回信号中所携带的被测信息，通过解调各个传感器的被测信息，可以得到每个点的被测值及其所对应的地址。光谱吸收型时分复用的实现首先将激光器驱动信号调制成为脉冲信号，脉冲信号的频率和占空比由传感器个数决定，当脉冲信号输入到光纤，光耦合器和气室组成拓扑阵列，由于通过各气室的光路中光纤长度不同，会在返回信号产生一定的延时，在光探测器接收端将会形成光脉冲序列，其中每一个光脉冲对应光纤上耦合的一个气室的信息，为了防止接收到的各个光脉冲信号互相干扰，要求输入光脉冲的宽度小于相邻传感器间的光信号传输间隔时间，这样就可以得到吸收气体的气室在光纤上的地址,而输出光脉冲强度则反映出该气室中待测气体浓度。综上，基于气体光谱吸收的基本原理的气体浓度检测光路方案如图1所示，它包括激光发生器、激光探测器、三个激光输入端耦合器、三个激光输出端耦合器，三个透射型气室，其中，激光发生器的激光信号输出端通过三个激光输入端耦合器分别连接三个透射型气室的激光入射口，三个透射型气室的激光输出端分别通过三个激光输出端耦合器连接激光探测器的信号输入端，基于气体光谱吸收TDM的基本原理的实验光路在时分复用(TDM)的实现过程中，由于气体吸收谱宽度很窄，微弱光信号的对准、产生、传输、解调是相对较困难的。经过相应气体吸收后，光强度的变化信号更弱，通过光电二极管转换器件将光信号转变为电信号后，将会得到的信号也掺杂更大的噪声，因此，光路总体方案设计的难点是如何尽可能地提高有效光信号的强度。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种准分布式光纤气体浓度检测系统，该系统能提高气体浓度检测时的有效光信号强度。为解决上述技术问题，本技术公开的一种准分布式光纤气体浓度检测系统，它包括激光发生器、光环形器、光探测器和处理器，其特征在于，它还包括第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第一反射型开放气室、第二反射型开放气室和第三反射型开放气室，其中，激光发生器的激光信号输出端连接光环形器的第一通信接口，光环形器的第二通信接口连接第一光耦合器的第一光信号耦合接口，第一光耦合器的第二光信号耦合接口连接第一反射型开放气室的光信号接口，第一光耦合器的第三光信号耦合接口连接第二光耦合器的第一光信号耦合接口，第二光耦合器的第二光信号耦合接口连接第二反射型开放气室的光信号接口，第二光耦合器的第三光信号耦合接口连接第三光耦合器的第一光信号耦合接口，第三光耦合器的第二光信号耦合接口连接第三反射型开放气室的光信号接口，第三光耦合器的第三光信号耦合接口为光耦合器扩展接口。本技术设计了种准分布式光纤气体浓度检测系统，该系统中，一根光纤总线结合谐波检测技术能够测量多个气室的气体浓度，本技术设计了开放反射吸收型气室，分析了气室的光路，可以实现对远距离多点气体浓度进行检测。本技术通过上述设计能准确快速测量分布式的环境气体浓度，另外，本技术与透射型气室组成的网络相比，反射型网络结构使用更少的光耦合器与更短的光纤，光信号传输效率更高，衰减更低，测量范围更大，对于大范围多点的气体浓度检测，具有良好的效果。附图说明图1为现有气体浓度检测光路方案的结构示意图；图2为本技术的结构示意图；图3为本技术中反射型开放气室的结构示意图。其中，1—激光发生器、2—光环形器、3—光探测器、4—处理器、5—第一光耦合器、6—第二光耦合器、7—第三光耦合器、8—第一反射型开放气室、9—第二反射型开放气室、10—第三反射型开放气室、11—准直器、12—气室底座、13—支撑块、14—支撑板、15—自聚焦透镜、16—反射镜。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明：本技术设计的准分布式光纤气体浓度检测系统，如图2～3所示，它包括激光发生器1、光环形器2、光探测器3、处理器4、第一光耦合器5、第二光耦合器6、第三光耦合器7、第一反射型开放气室8、第二反射型开放气室9和第三反射型开放气室10，其中，激光发生器1的激光信号输出端连接光环形器2的第一通信接口，光环形器2的第二通信接口连接第一光耦合器5的第一光信号耦合接口，第一光耦合器5的第二光信号耦合接口连接第一反射型开放气室8的光信号接口，第一光耦合器5的第三光信号耦合接口连接第二光耦合器6的第一光信号耦合接口，第二光耦合器6的第二光信号耦合接口连接第二反射型开放气室9的光信号接口，第二光耦合器6的第三光信号耦合接口通过延时光纤连接第三光耦合器7的第一光信号耦合接口，第三光耦合器7的第二光信号耦合接口连接第三反射型开放气室10的光信号接口，第三光耦合器7的第三光信号耦合接口为光耦合器扩展接口。光耦合器扩展接口使得本技术能继续连接多组光耦合器和对应的反射型开放气室以扩展本技术的分布式范围。上述技术方案中，准分布式光纤气体浓度检测系统通过不同长度的光纤完成延时。上述技术方案中，所述第一反射型开放气室8、第二反射型开放气室9和第三反射型开放气室10均包括准直器11、自聚焦透镜15、反射镜16、气室底座12、设置在底座一端的支撑块13、设置在底座另一端的支撑板14，所述支撑块13上设置准直器11和自聚焦透镜15，所述支撑板14内侧面设置反射镜16，所述准直器11的激光信号输出端、自聚焦透镜15和反射镜16为同轴设置，所述自聚焦透镜15位于准直器11的激光信号输出端与反射镜16之间。光从光纤经由自聚焦透镜变为平行光进入气室，经过待测气体的吸收后，入射至反射镜，反射镜与光垂直，根据反射定律，反射光沿原路返回，再次经过待测气体吸收后进入自聚焦透镜汇聚到一点沿光纤原路返回，该气室结合了透射式气室与反射式气室的优点，既利用自聚焦透镜增加了光耦合效率，又通过反射镜的作用增加了光程长度。其中光经过自聚焦透镜会产生反射作用，与较强的透射作用相比，反射光强微弱，与透射光强相比可以忽略，因此只计算透射光强可以反映气体浓度，提高了气体浓度检测效率。反射型开放气室实现了单根光纤的输入输出。自聚焦透镜15和反射镜16的安装使用光学微调架完成，保证光信号能够对准以致反射光信号强度最大。上述技术方案中，本技术选择基于自聚焦透镜来对气室进行设计。与传统透射式自聚焦透镜气室相比，反射式气室由于光的反射作用，增加了一倍光程。传统的吸收气室存在光纤和光学元件耦合与准直等问题。使用自聚焦透镜和光学微调架可以有效的解决这两个问题。传统的光纤气体传感系统使用的气室都是封闭设计的，只留下进气口与出气口，或者仅有一个气口与外界气体相通，甚至有的气口为了过滤掉不需要的气体还带有选择性透过膜，这种气室的设计在户外环境中应用是很难奏效，被测气体很难根据需要进入封闭的气室中，导致封闭气室内外的气体构成及其浓度很难一致，相比于封闭气室的气体不流通性，开放式气室不存在这个问题，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准分布式光纤气体浓度检测系统，它包括激光发生器(1)、光环形器(2)、光探测器(3)和处理器(4)，其特征在于，它还包括第一光耦合器(5)、第二光耦合器(6)、第三光耦合器(7)、第一反射型开放气室(8)、第二反射型开放气室(9)和第三反射型开放气室(10)，其中，激光发生器(1)的激光信号输出端连接光环形器(2)的第一通信接口，光环形器(2)的第二通信接口连接第一光耦合器(5)的第一光信号耦合接口，第一光耦合器(5)的第二光信号耦合接口连接第一反射型开放气室(8)的光信号接口，第一光耦合器(5)的第三光信号耦合接口连接第二光耦合器(6)的第一光信号耦合接口，第二光耦合器(6)的第二光信号耦合接口连接第二反射型开放气室(9)的光信号接口，第二光耦合器(6)的第三光信号耦合接口连接第三光耦合器(7)的第一光信号耦合接口，第三光耦合器(7)的第二光信号耦合接口连接第三反射型开放气室(10)的光信号接口，第三光耦合器(7)的第三光信号耦合接口为光耦合器扩展接口。

【技术特征摘要】
1.一种准分布式光纤气体浓度检测系统，它包括激光发生器(1)、光环形器(2)、光探测器(3)和处理器(4)，其特征在于，它还包括第一光耦合器(5)、第二光耦合器(6)、第三光耦合器(7)、第一反射型开放气室(8)、第二反射型开放气室(9)和第三反射型开放气室(10)，其中，激光发生器(1)的激光信号输出端连接光环形器(2)的第一通信接口，光环形器(2)的第二通信接口连接第一光耦合器(5)的第一光信号耦合接口，第一光耦合器(5)的第二光信号耦合接口连接第一反射型开放气室(8)的光信号接口，第一光耦合器(5)的第三光信号耦合接口连接第二光耦合器(6)的第一光信号耦合接口，第二光耦合器(6)的第二光信号耦合接口连接第二反射型开放气室(9)的光信号接口，第二光耦合器(6)的第三光信号耦合接口连接第三光耦合器(7)的第一光信号耦合接口，第三光耦合器(7)的第二光信号耦合接口连接第三反射型开放气室(10)的光信号接口，第三光耦合器(7)的第三光信号耦合接口为光耦合器扩展接口。2.根据权利要求1所述的准分布式光纤气体浓度检测系统，其特征在于：所述第一反射型开放气室(8)、第二反射型开放气室(9)和第三反射型开放气室(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，丁建军，杨飘，章盛，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42