一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法，本发明专利技术通过雾霾发生器对雾霾进行聚合，聚合后雾霾气体失去活性，再通过光纤传感器和布拉格光栅，对混合气体中特定气体进行传感，从而测定相应气体浓度，本发明专利技术能够实现同步测定，以及各测量仪器不需要使用标准膜或标准气体对仪器修正，只需每次改变气体盒中的气体，其他测量仪器不需要修正，可实现系统主要仪器重复使用的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法
本专利技术属于光纤检测领域，具体涉及一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法。
技术介绍
光纤由于自身安全，受环境影响小，易成网等特点，在越来越多的领域被广泛应用。一到冬季，中国的北方城市往往会遭受雾霾的袭扰，衡量空气指标之一的PM2.5，也逐渐受到人们的关注。传统测定PM2.5是让一定流速的空气通过切割器，在抽气泵的作用下，分隔开不同直径的颗粒，再进行分别测定浓度。这种测量方法不能实现同步测定气体各组分浓度，而且工作人员每周还要使用标准膜及标准气体对所有分析仪进行修正、校准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法，不仅可以实现同步测定，而且各测量仪器不需要使用标准膜或标准气体进行修正，更重要的是由于光纤重量轻和易成网等特点，可以在观测站选取多个测量点同时测量。为了达到上述目的，一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，包括雾霾发生器和检测系统；雾霾发生器包括密闭罐体，罐体上设置有气体入口、负离子入口和气体出口；检测系统包括激光光源，激光光源连接第一耦合器，第一耦合器连接泵浦光源和掺饵光纤，掺饵光纤连接光隔离器，隔离器下游串联若干第二耦合器，每个第二耦合器均连接对应的光纤传感器，光纤传感器连接布拉格光栅，光纤传感器和布拉格光栅位于气体盒内，布拉格光栅连接空分复用器，空分复用器连接光谱仪，气体盒连接气体出口；空分复用器将光纤传感器检测到的外界信息和布拉格光栅监测到的气体盒温度变化传递到光谱仪中进行显示，并结合数据处理软件，通过观察图像变化，能够得到气体盒中相应气体的浓度。气体入口、负离子入口和气体出口上分别设置有气体入口阀门、负离子入口阀门和气体出口阀门。掺铒光纤和第二耦合器间设置有光隔离器。第二耦合器采用1×2耦合器；所有布拉格光栅的中心波长不同。一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置的工作方法，包括以下步骤：步骤一，将雾霾气体从气体入口通入雾霾发生器中，从负离子入口通入负离子，使负离子与雾霾气体的颗粒相遇，聚合后坠落，使雾霾气体失去活性，形成饱和的颗粒聚合物，将聚合后的混合气体从出口排出至气体盒中；步骤二，激光光源和泵浦光源在第一耦合器的作用下，泵浦光源能量耦合到激光光源中，经光纤传输，再通过掺铒光纤放大后，经隔离器传出的光到达第二耦合器；步骤三，经过第二耦合器耦合后的光一部分进入气体盒，另一部分进入至下游第二耦合器中，下游第二耦合器将一部分光送入对应的气体盒中，另一部分光进入下游的第二耦合器中，最后一个第二耦合器将所有光送入对应的气体盒中；步骤四，气体盒中的气体经光纤传感器感应，再通过布拉格光栅监测腔体内温度变化，将带有信息的光信号传出，经过空分复用器选取传输端口，最后将光信息在光谱仪显示；步骤五，通过观察光谱仪图形，再结合数据处理软件Origin作图，能够反映出图形波长或能量变化，从而得到相应气体浓度。与现有技术相比，本专利技术通过雾霾发生器对雾霾气体进行聚合，聚合后雾霾气体中含有的颗粒发生聚合，从而失去活性。将混合气体通入检测系统，利用光纤传感器检测相应气体和布拉格光栅监测气体盒内温度变化。通过观察传感器透射谱变化，从而测定雾霾各主要组分的浓度。本专利技术能够实现分布式测定，以及各测量仪器不需要使用标准膜或标准气体对仪器修正，只需每次改变气体盒中的气体，其他测量仪器不需要修正，可实现系统主要仪器重复使用的目的。本专利技术的方法使将雾霾通入雾霾发生器中，在雾霾发生器中通入负离子与其聚合沉积，最后将混合气体送入气体盒中，将泵浦光源能量，经耦合器作用耦合到激光光源中，发出的光进行掺饵光纤放大和隔离器将光单向传输，连接到耦合器中，一部分耦合后的光对气体盒中混合气体，经光纤传感器和布拉格光栅传感，进入空分复用器，再进入光谱仪进行显示，结合作图软件，观察图形波长或能量变化，得到相应气体浓度；另一部分耦合后的光送入另一个耦合器中，观察另一种气体浓度。本方法能够实现同步测定，而且各测量仪器不需要使用标准膜或标准气体进行修正，更重要的是由于光纤重量轻和易成网等特点，可以在观测站进行分布式测量。附图说明图1为本专利技术中雾霾发生器的结构示意图；图2为本专利技术中检测系统的示意图；其中，1为气体入口；2为负离子入口；3为气体出口；4为气体入口阀门；5为负离子阀门；6为气体出口阀门；7为激光光源；8为第一耦合器；9为泵浦光源；10为掺饵光纤；11为隔离器；12为第二耦合器；13为气体盒；14为光纤传感器；15为布拉格光栅；16为空分复用器；17为光谱仪。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，包括雾霾发生器和检测系统；参见图1，雾霾发生器包括密闭罐体，密闭罐体上开设有气体入口1、负离子入口2和气体出口3，气体入口1、负离子入口2和气体出口3上分别设置有气体入口阀门4、负离子入口阀门5和气体出口阀门6；参见图2，检测系统包括激光光源7和泵浦激光器9，泵浦激光器9和激光光源7连接第一耦合器8，第一耦合器8通过光纤连接掺铒光纤放大器10，掺铒光纤放大器10通过光纤连接光隔离器11，光隔离器11下游串联若干第二耦合器12，掺饵光纤10和第二耦合器12间设置有隔离器11，泵浦光源9和激光光源7都连在第一耦合器8上，每个第二耦合器12均连接对应的光纤传感器14，光纤传感器14连接布拉格光栅15，光纤传感器14和布拉格光栅15在气体盒13内，布拉格光栅15连接空分复用器16，空分复用器16连接光谱仪17，光谱仪17显示图形，结合作图软件，观察图形波长或能量变化，得到相应气体浓度；所有第二耦合器12用于其余相应气体浓度。第二耦合器12采用1×2耦合器。一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置的工作方法，包括以下步骤：步骤一，利用切割器分隔出颗粒直径小于或等于2.5微米的雾霾气体，打开气体入口阀门4，将雾霾气体从气体入口1通入雾霾发生器中，关闭气体入口阀门4同时打开负离子入口阀门5，从负离子入口2通入负离子，使负离子与雾霾气体的颗粒相遇，聚合后坠落，使雾霾气体失去活性，形成混合气体，负离子不与其中的任何气体发生反应，打开气体出口阀门6，将混合气体从气体出口3排出至气体盒13中；步骤二，泵浦光源9经第一耦合器8作用，将能量耦合到激光光源7中，传输的光通过光纤接入掺铒光纤放大器10放大后通过光隔离器11，光隔离器11将光传输至第二耦合器12中进行耦合；步骤三，经过耦合器12耦合后，光线一部分进入气体盒13，经光纤传感器和布拉格光栅传感；另一部分光进入至其余耦合器中；步骤四，气体盒中的光纤传感器，会与相应待检测气体发生相互作用，如SO2、CO和氮氧化物，会造成透射光谱发生变化；布拉格光栅15监测气体盒内部温度，确保光纤传感器检测气体浓度，是在恒定温度情况下进行；步骤五，空分复用器16连接相应光纤端口，再传入光谱仪17中。根据光谱仪17图形和数据，结合作图软件Origin，观察图形波长或能量变化，从而得到相应气体浓度。测出与颗粒完全发生反应的负离子量，进而得到颗粒浓度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，其特征在于，包括雾霾发生器和检测系统；雾霾发生器包括密闭罐体，罐体上设置有气体入口(1)、负离子入口(2)和气体出口(3)；检测系统包括激光光源(7)，激光光源(7)连接第一耦合器(8)，第一耦合器(8)连接泵浦光源(9)和掺饵光纤(10)，掺饵光纤(10)下游串联若干第二耦合器(12)，每个第二耦合器(12)均连接对应的光纤传感器(14)，光纤传感器(14)连接布拉格光栅(15)，光纤传感器(14)和布拉格光栅(15)位于气体盒(13)内，布拉格光栅(15)连接空分复用器(16)，空分复用器(16)连接光谱仪(17)，气体盒(13)连接气体出口(3)；空分复用器(16)将光纤传感器(14)检测到的外界信息和布拉格光栅(15)监测到的气体盒(14)温度变化传递到光谱仪(17)中进行显示，通过观察图像变化，能够得到气体盒中相应气体的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，其特征在于，包括雾霾发生器和检测系统；雾霾发生器包括密闭罐体，罐体上设置有气体入口(1)、负离子入口(2)和气体出口(3)；检测系统包括激光光源(7)，激光光源(7)连接第一耦合器(8)，第一耦合器(8)连接泵浦光源(9)和掺饵光纤(10)，掺饵光纤(10)下游串联若干第二耦合器(12)，每个第二耦合器(12)均连接对应的光纤传感器(14)，光纤传感器(14)连接布拉格光栅(15)，光纤传感器(14)和布拉格光栅(15)位于气体盒(13)内，布拉格光栅(15)连接空分复用器(16)，空分复用器(16)连接光谱仪(17)，气体盒(13)连接气体出口(3)；空分复用器(16)将光纤传感器(14)检测到的外界信息和布拉格光栅(15)监测到的气体盒(14)温度变化传递到光谱仪(17)中进行显示，通过观察图像变化，能够得到气体盒中相应气体的浓度。2.根据权利要求1所述的一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，其特征在于，气体入口(1)、负离子入口(2)和气体出口(3)上分别设置有气体入口阀门(4)、负离子入口阀门(5)和气体出口阀门(6)。3.根据权利要求1所述的一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置，其特征在于，掺铒光纤(10)和第二耦合器(12)间设置有光隔离器(11)。4.根据权利要求1所述的一种利用光纤有源内腔法测雾霾主...

【专利技术属性】
技术研发人员：程君妮，蒋晓雁，王国章，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61