本实用新型专利技术公开了一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置，包括第一激光器、第一隔离器、第一耦合器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、扰偏器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号采集卡、第一信号处理及显示单元、脉冲发生器、第二信号处理及显示单元，第一信号处理及显示单元连接第一激光器，驱动第一激光器进行扫频控制，信号采集卡输出的另一路信号连接到第一信号处理及显示单元，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息。本实用新型专利技术能够实现传感光纤沿线上的气体浓度信息，减小分布式光纤气体检测测量的盲区。
【技术实现步骤摘要】
一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置
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
我国经济的快速发展带来的安全问题十分严峻，频繁发生的各类恶性事故，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，产生了恶劣的社会影响。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。另外，近年来环境问题也日渐突出，大气污染造成的温室效应、酸雨、雾霾等现象不仅对社会造成了直接或间接的经济损失，更是对人们的健康造成了严重的危害。光纤传感技术是以光纤作为载体，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术，光纤传感器相对于传统电学传感器具有抗电磁干扰和辐射、轻便、绝缘、测量对象多、复用性强等多种优势，由于光纤传感技术自身的多种优点，一经出现就受到极大的重视，得到各个领域研究者的关注。因此，研制各种高灵敏度、快速响应、可远程定位检测的光纤气体传感器势在必行，已成为当今传感
的主要研究内容。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，充分利用光子晶体光纤在气体检测中的优势，研究分布式光纤气体传感器技术具有非常重要的学术价值和应用价值。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。2018年，高建军等研究人员提出了一种连续分布式光纤气体检测的装置及方法，申请号为201810144950.X，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。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，而且不能同时实现光纤沿线上气体多参量的测量，很难进行产业化的实施。
技术实现思路
本技术目的在于，提供一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置及方法，不仅能够克服现有气体检测技术的缺点与不足，实现分布式气体浓度的光纤气体检测，而且能够实现快速高精度的测量要求，易于实现等优点。技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置，包括第一激光器、第一隔离器、第一耦合器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器、第二耦合器、扰偏器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号采集卡、第一信号处理及显示单元、脉冲发生器、第二信号处理及显示单元，其中，所述第一激光器、第一隔离器、第一耦合器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器依次连接，所述第二耦合器分别与第一耦合器、扰偏器、第三耦合器连接，所述第四耦合器分别与环形器、第三耦合器、第五耦合器连接，所述第五耦合器分别与扰偏器、第一光电探测器连接，所述第二光电探测器分别与第三耦合器、信号采集卡连接，所述第一信号处理及显示单元分别与第一激光器、信号采集卡连接，所述脉冲发生器分别与声光调制器、信号采集卡连接，所述信号采集卡分别与第一光电探测器、锁相放大器、第二信号处理及显示单元连接；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，第一耦合器将激光信号分成两束信号，分别为第一束激光信号和第二束激光信号，第一束激光信号作为本振信号进入第二耦合器，第二束激光信号进入声光调制器，声光调制器将第二束激光信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，进入第一掺铒光纤放大器中，经第一掺铒光纤放大器放大后的脉冲信号进入环形器的1#端口，从环形器的2#端口输出进入传感光纤，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的2#端口进入环形器，从环形器的3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第四耦合器，第四耦合器将背向瑞利散射信号分成两束信号，分别为第一束背向瑞利散射信号和第二束背向瑞利散射信号，第一束背向瑞利散射信号进入第三耦合器，第二束背向瑞利散射信号进入第五耦合器，第二耦合器将本振信号分成两束信号，分别为第一束本振信号和第二束本振信号，第一束本振信号进入第三耦合器，第三耦合器输出的信号进入第一光电探测器后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡中，从第二耦合器输出的第二束本振信号进入扰偏器中，经过扰偏的本振信号进入第五耦合器，从第五耦合器输出的信号进入第二光电探测器后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡中，信号采集卡输出的一路信号进入到锁相放大器，锁相放大器输出的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通过第二隔离器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，产生相位调制现象，从环形器的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，脉冲发生器和第一信号处理及显示单元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、声光调制器和第一激光器处在同步状态，第一信号处理及显示单元连接第一激光器，驱动第一激光器进行扫频控制，信号采集卡输出的另一路信号连接到第一信号处理及显示单元，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息。优选的：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。优选的：所述传感光纤为空芯光子晶体光纤。优选的：所述传感光纤沿光纤表面制作有作为气体进入空芯光纤的通道小孔。优选的：所述通道小孔直径为约为1-10.0μm。优选的：所述第一光电探测器、第二光电探测器为平衡探测器。一种采用基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置的检测方法，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，第一耦合器将激光信号分成两束信号，分别为第一束激光信号和第二束激光信号，第一束激光信号作为本振信号进入第二耦合器，第二束激光信号进入声光调制器，声光调制器将第二束激光信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，进入第一掺铒光纤放大器中，经第一掺铒光纤放大器放大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置，其特征在于：包括第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)、第二耦合器(112)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)、第四耦合器(115)、第五耦合器(116)、第一光电探测器(117)、第二光电探测器(118)、信号采集卡(119)、第一信号处理及显示单元(120)、脉冲发生器(121)、第二信号处理及显示单元(122)，其中，所述第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)依次连接，所述第二耦合器(112)分别与第一耦合器(102)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)连接，所述第四耦合器(115)分别与环形器(105)、第三耦合器(114)、第五耦合器(116)连接，所述第五耦合器(116)分别与扰偏器(113)、第一光电探测器(117)连接，所述第二光电探测器(118)分别与第三耦合器(114)、信号采集卡(119)连接，所述第一信号处理及显示单元(120)分别与第一激光器(100)、信号采集卡(119)连接，所述脉冲发生器(121)分别与声光调制器(103)、信号采集卡(119)连接，所述信号采集卡(119)分别与第一光电探测器(117)、锁相放大器(111)、第二信号处理及显示单元(122)连接；第一激光器(100)发出的激光信号经第一隔离器(101)进入第一耦合器(102)，第一耦合器(102)将激光信号分成两束信号，分别为第一束激光信号和第二束激光信号，第一束激光信号作为本振信号进入第二耦合器(112)，第二束激光信号进入声光调制器(103)，声光调制器(103)将第二束激光信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，进入第一掺铒光纤放大器(104)中，经第一掺铒光纤放大器(104)放大后的脉冲信号进入环形器(105)的1#端口，从环形器(105)的2#端口输出进入传感光纤(106)，在传感光纤(106)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(105)的2#端口进入环形器(105)，从环形器(105)的3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第四耦合器(115)，第四耦合器将背向瑞利散射信号分成两束信号，分别为第一束背向瑞利散射信号和第二束背向瑞利散射信号，第一束背向瑞利散射信号进入第三耦合器，第二束背向瑞利散射信号进入第五耦合器，第二耦合器将本振信号分成两束信号，分别为第一束本振信号和第二束本振信号，第一束本振信号进入第三耦合器(114)，第三耦合器(114)输出的信号进入第一光电探测器(117)后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡(119)中，从第二耦合器(112)输出的第二束本振信号进入扰偏器(113)中，经过扰偏的本振信号进入第五耦合器(116)，从第五耦合器(116)输出的信号进入第二光电探测器(118)后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡(119)中，信号采集卡(119)输出的一路信号进入到锁相放大器(111)，锁相放大器(111)输出的信号连接到激光控制器(110)，激光控制器(110)的输出信号驱动第二激光器(109)，从第二激光器(109)输出的激光信号通过第二隔离器(108)进入第二掺铒光纤放大器(107)，经第二掺铒光纤放大器(107)放大的信号进入传感光纤(106)，在传感光纤(106)中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器(107)输出的信号，产生相位调制现象，从环形器(105)的2#端口输入到传感光纤(106)中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息产生的脉冲电信号，连接到声光调制器(103)的电信号输入端驱动声光调制器(103)工作，脉冲发生器(121)和第一信号处理及显示单元(120)输出的同步信号连接到信号采集卡(119)的同步信号输入端以保持信号采集卡(119)、声光调制器(103)和第一激光器(100)处在同步状态，第一信号处理及显示单元(120)连接第一激光器(100)，驱动第一激光器(100)进行扫频控制，信号采集卡输出的另一路信号连接到第一信号处理及显示单元(120)，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置，其特征在于：包括第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)、第二耦合器(112)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)、第四耦合器(115)、第五耦合器(116)、第一光电探测器(117)、第二光电探测器(118)、信号采集卡(119)、第一信号处理及显示单元(120)、脉冲发生器(121)、第二信号处理及显示单元(122)，其中，所述第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)依次连接，所述第二耦合器(112)分别与第一耦合器(102)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)连接，所述第四耦合器(115)分别与环形器(105)、第三耦合器(114)、第五耦合器(116)连接，所述第五耦合器(116)分别与扰偏器(113)、第一光电探测器(117)连接，所述第二光电探测器(118)分别与第三耦合器(114)、信号采集卡(119)连接，所述第一信号处理及显示单元(120)分别与第一激光器(100)、信号采集卡(119)连接，所述脉冲发生器(121)分别与声光调制器(103)、信号采集卡(119)连接，所述信号采集卡(119)分别与第一光电探测器(117)、锁相放大器(111)、第二信号处理及显示单元(122)连接；第一激光器(100)发出的激光信号经第一隔离器(101)进入第一耦合器(102)，第一耦合器(102)将激光信号分成两束信号，分别为第一束激光信号和第二束激光信号，第一束激光信号作为本振信号进入第二耦合器(112)，第二束激光信号进入声光调制器(103)，声光调制器(103)将第二束激光信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，进入第一掺铒光纤放大器(104)中，经第一掺铒光纤放大器(104)放大后的脉冲信号进入环形器(105)的1#端口，从环形器(105)的2#端口输出进入传感光纤(106)，在传感光纤(106)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(105)的2#端口进入环形器(105)，从环形器(105)的3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第四耦合器(115)，第四耦合器将背向瑞利散射信号分成两束信号，分别为第一束背向瑞利散射信号和第二束...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐东超，周锋，章宇航，陈雪洁，王燕，王如刚，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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