一种全光纤型开放式气体监测系统和检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全光纤型开放式气体监测系统及检测方法，包括波长可调谐激光器、光纤耦合器和光纤分束器、光纤准直器、基于空芯光纤的参考池、光纤环形腔干涉计、三镜腔系统、聚焦透镜、光电探测器、激光器控制模块、模数转换模块、数模转换模块、计算机控制单元。本发明专利技术利用小体积、高柔韧性的空芯光纤和光纤环形腔干涉计分别代替传统的易碎玻璃型吸收池和对光路敏感的F‑P型标准具实现激光中心频率锁定与光谱系统校正及调谐频率范围校正；利用三镜腔系统代替传统的两面镜直线反射式实现大范围区域开放式气体监测。

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤型开放式气体监测系统和检测方法
本专利技术涉及激光光谱和光纤传感
，具体为一种全光纤型开放式气体监测系统和检测方法。
技术介绍
现代社会的生产和生活环境中存在很多有毒有害、易燃易爆气体，对人员健康和安全带来潜在的危害。在一些开放式场所，例如工业园区、化工厂、油气存储站、等禁燃禁火区域，需要对某些有害有害气体和危化品进行监测和预警。而传统的离线气体采样回实验室的分析手段远远不能满足实时监测的需求，因此实时在线遥感气体监测成为唯一有效的手段。在现有技术条件下，痕量气体的开放式监测主要是通过傅里叶红外光谱仪或基于TDLAS技术的红外气体传感器来实现。其中，傅里叶红外光谱仪虽然可同时测量多个成分的优点，但其存在如下问题：其一，为获取较高灵敏度，其探测器部分需要要液氮冷却，导致其存在成本昂贵、体积庞大笨重、不便携带的问题。其二，其进行光谱扫描和数据计算需要耗费很长时间，导致其存在数据处理速度慢的问题。基于TDLAS技术的开放式红外气体传感器主要以两个腔镜为主，只能实现直线距离测量，通常需要集成玻璃参考池和空气隙F-P型标准具用于激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光纤型开放式气体监测系统，其特征在于，包括：波长可调谐激光器、1×3光纤分束器、三镜腔系统、基于空芯光纤的参考池、光纤环形腔干涉计、三个光电探测器、激光器控制模块、模数和数模转换模块、计算机控制单元；/n所述计算机控制单元的信号输出端与数模转换模块连接，所述数模转换模块的信号输出端与激光器控制模块连接，所述激光器控制模块的信号输出端与波长可调谐激光器控制连接；/n所述波长可调谐激光器通过光纤输出，与1×3光纤分束器连接，所述1×3光纤分束器按一定比例将激光分为三路输出，比例最高的第一路入射光通过光纤准直器准直后入射到三镜腔系统，所述三镜腔系统包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜，所述三镜...

【技术特征摘要】
1.一种全光纤型开放式气体监测系统，其特征在于，包括：波长可调谐激光器、1×3光纤分束器、三镜腔系统、基于空芯光纤的参考池、光纤环形腔干涉计、三个光电探测器、激光器控制模块、模数和数模转换模块、计算机控制单元；
所述计算机控制单元的信号输出端与数模转换模块连接，所述数模转换模块的信号输出端与激光器控制模块连接，所述激光器控制模块的信号输出端与波长可调谐激光器控制连接；
所述波长可调谐激光器通过光纤输出，与1×3光纤分束器连接，所述1×3光纤分束器按一定比例将激光分为三路输出，比例最高的第一路入射光通过光纤准直器准直后入射到三镜腔系统，所述三镜腔系统包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜，所述三镜腔系统的第一腔镜、第三腔镜中心分别开有入射小孔、出射小孔，入射光通过入射小孔进入三镜腔系统，依次经过第三腔镜和第二腔镜，通过调节入射角度使得入射光在三镜腔系统内部形成多次反射，最终从出射小孔出射，所述三镜腔系统的出射光通过聚焦透镜聚焦后入射到第一光电探测器，所述第一光电探测器置于聚焦透镜焦点处；
所述1×3光纤分束器产生的第二路入射光通过第一光纤耦合器输入到基于空芯光纤的参考池，所述基于空芯光纤的参考池内部充有一定浓度的待检测气体分子，空心光纤长度和冲入气体浓度依据实际需求选择，入射光从空芯光纤出射后，直接耦合到第二光电探测器；
所述1×3光纤分束器产生的第三路入射光通过第二光纤耦合器输入到光纤环形腔干涉计，在所述光纤环形腔干涉计内部产生干涉，入射光从光纤环形腔干涉计出射后，直接耦合到第三光电探测器；
所述三个光电探测器的信号输出端接入多通道模数转换模块，所述模数转换模块将三路光电信号输入到计算机控制单元进行在线实时分析处理。


2.根据权利要求1所述的一种全光纤型开放式气体监测系统，其特征在于，所述波长可调谐激光器的中心波长依据待检测气体分子的种类而定。


3.根据权利要求1所述的一种全光纤型开放式气体监测系统，其特征在于，所述三镜腔系统的第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜均为反射镜，三个所述反射镜之间的物理距离，可依据实际应用需求，以实现不同区域范围内的气体监测要求。


4.根据权利要求1所述的一种全光纤型开放式气体监测系统，其特征在于，所述1×3光纤分束器的分束比例为8:1:1。


5.一种全光纤型开放式气体检测方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-4中任一项所述的全光纤型开放式气体监测系统实现开放区域范围泄漏气体的检测；
其中，计算机控制单元内包括Labview软件编写的激光器驱动信号输出模块、频率信号解调分析算法模块和吸收光谱拟合反演浓度算法模块；所述检测方法具体包括以下步骤：
[01]计算机控制单元Labview软件编写的激光器驱动信号输出模块输出的激光器波长调谐或调制驱动电压信号通过数模转换模块变成模拟信号，再经过激光器控制模块输入到波长可调谐激光器，实现激光器波长调谐和调制输出；
[02]波长可调谐激光器发出的激光通过光纤输出并直接耦合到1×3光纤分束器，实现三路激光同步输出；
[03]第一路激光通过光纤准直器准直后，入射到三镜腔系统，入射光在三镜腔内部多次反射后出射，出射光经过聚焦透镜聚焦，入射到第一光电探测器，第一光电探测器的位置处于聚焦透镜的焦点位置；
[04]第二路激光通过第一光纤耦合器直接进入基于空芯光纤的参考池，出射光直接耦合到第二光电探测器；
[05]第三路激光通过第二光纤耦合器直接进入光纤环形腔干涉计，入射光在干涉计内部产生干涉条纹，入射光从空芯光纤出射后，直接耦合到第三光电探测器；
[06]最终，三路光电探测器输出的电压信号同时输入到数模转换模块，数模转换模块将信号输入到计算机控制单元中Labview软件编写的频率信号解调分析算法模块和吸收光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲松，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34