本发明专利技术涉及一种氧气光学检测装置，使用激光器作为光源，经过光纤分路器传导，采用光纤双臂马赫曾德尔干涉仪光学系统，包括对应的第一光纤双臂、第二光纤双臂，其中第一光纤双臂通过第一透镜光纤端面出射平行光束，光经过空间传播区传播后经过第二透镜光纤端面耦合到第二光纤双臂，光经过第二光纤双臂传播后Y分支合波进入单根光纤输出；在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间传播区内装配有磁性材料，光传播经过磁性材料形成的磁场区域，该磁场区域为氧气浓度检测区域，利用光电探测器探测输出光的强度变化得到氧气浓度信息。本发明专利技术的检测装置具有结构紧凑、无源、抗电磁干扰等优点。抗电磁干扰等优点。抗电磁干扰等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种氧气光学检测装置
[0001]本专利技术涉及光电子信息技术与光电传感与物联网领域，具体涉及一种氧气光学检测装置。
技术介绍
[0002]氧气在大自然中分布非常广泛，占大气成分的21％。氧气是工业生产、日常生活、医疗健康、航空航天等领域极其重要的气体。同时作为一种重要的助燃气体，氧气和易燃易爆气体混合容易爆炸。如果氧气浓度不达标或者控制不精确，导致严重的事故。所以氧气的实时检测非常重要。对氧气浓度的检测需要满足准确性、适应性、便携性等多方面的要求。
[0003]目前氧气的检测主要是非光学法和光学法两大类。非光学法常采用电化学方法，比如采用基于氧化锆材料的电化学传感器。氧气的浓度差形成氧化锆材料电势差，从而检测浓度信息。该方法成本低、结构简单、使用方便，但是该方法对温度要求高、寿命短等缺点。基于氧气的顺磁性实现浓度检测时氧气检测另一种重要非光学检测法。氧气因顺磁性会在磁场中聚居，形成气体浓度的改变，从而形成气压差，通过机械转动等方式得到氧气的浓度信息。该方法响应时间短、寿命长，但是容易受到震动等影响。
[0004]氧气光学法主要基于吸收谱测试。氧气在760nm波长附近具有一系列的光吸收峰。激光发出吸收峰对应的波长，根据气体光吸收量的大小判断氧气的浓度。该方法也常被称为可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)检测技术。这种技术具有非接触式、响应快、与信息系统兼容等优势。该方法需要半导体激光器、探测器、电控系统、光学系统等复杂结构，成本很高。另外因为在760nm波段，氧气对光吸收强度并不高，所以检测误差较大。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种基于氧气顺磁性结合双臂马赫曾德尔干涉仪的光学检测法，该方法成本低、精度高、传感头无电源、抗干扰强、且和信息网络兼容，适合复杂环境实时在线高精度检测与物联网等传感网络应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]一种氧气光学检测装置，使用激光器作为光源，经过光纤分路器传导，采用光纤双臂马赫曾德尔干涉仪光学系统，包括对应的第一光纤双臂、第二光纤双臂，其中第一光纤双臂通过第一透镜光纤端面出射平行光束，光经过空间传播区传播后经过第二透镜光纤端面耦合到第二光纤双臂，光经过第二光纤双臂传播后Y分支合波进入单根光纤输出；在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间传播区内装配有磁性材料，光传播经过磁性材料形成的磁场区域，该磁场区域为氧气浓度检测区域，利用光电探测器探测输出光的强度变化得到氧气浓度信息。
[0008]进一步的，入射光通过半透半反膜或者分束棱镜进行分束，在其中一束光的传播路径上装配磁性材料，光在经过半透半反膜或者分束棱镜合束输出。
[0009]作为其中一个优选的方案，在第一光纤双臂后装配扩束透镜，在第二光纤双臂前
装配汇聚透镜，光通过第一光纤双臂出射后经过扩束透镜形成平行光束，再经过汇聚透镜耦合进入第二光纤双臂。
[0010]作为另一个优选的方案，在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间传播区内装配三个平面反射镜和一个凹面反射镜，光经过三次平面反射镜以及一次凹面反射镜耦合到入第二光纤双臂，增加一个臂的光程，该臂的空间传播区装配磁性材料作为氧气浓度检测区域。
[0011]进一步的，所述的磁性材料为通过材料镀膜直接生长或者物理机械装配的方式固定在光的空间传播区。
[0012]作为优选的方案，所述的磁性材料直接镀膜在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂之间的空间传播区，该区域为氧气检测区域。
[0013]或者，所述的磁性材料采用通电线圈。
[0014]进一步的，在光纤双臂马赫曾德尔干涉仪上装配热敏电阻，以监控环境温度，对检测光信号进行稳定修正。
[0015]或者，将氧气光学检测装置装配在温度控制器上，以保持温度稳定，消除温度的影响。
[0016]进一步的，所述的激光器采用可调谐激光器，通过同时检测输出光谱的周期以及出光功率的整体变化实现氧气浓度和温度的同时检测。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术的检测设备在光学双臂马赫曾德尔干涉仪的一个光学臂装配磁性材料，氧气浓度的改变导致光在双臂中传播的光程不同，从而光的干涉状态发生改变，通过探测马赫曾德尔干涉仪输出光功率的大小，实现氧气浓度的检测。本专利技术的检测装置具有结构紧凑、无源、抗电磁干扰等优点。
[0019]本专利技术的方案基于光电技术，可以方便地和现有的光电信息系统、传感网络、物联网相兼容，实现氧气在线信息采集、分析和控制。
[0020]本专利技术的氧气光学检测装置可以应用于氧气在工业化工、石油天然气存储、生物医疗等多种领域内的氧气高精度检测。
附图说明
[0021]图1：输出光功率与氧气浓度的变化示意图。
[0022]图2：本专利技术的氧气光学检测器的原理结构示意图。
[0023]图3：温度改变非对称马赫曾德尔干涉仪的透射光谱周期改变示意图。
[0024]图4：基于扩束透镜和汇聚透镜组成空间传播区图。
[0025]图5：非对称双臂长光程结构图。
[0026]图6：基于半透半反膜的双臂马赫曾德尔干涉仪结构图。
[0027]图7：基于分束棱镜的双臂马赫曾德尔干涉仪结构图。
[0028]图8：磁性材料镀膜在光纤上的示意图。
[0029]图9：磁性材料镀膜在载体上的示意图。
具体实施方式
[0030]以下通过实施例的形式对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0031]在本专利技术的描述中，还需要说明的是：术语如“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可依据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0032]本专利技术提供了一种氧气光学检测装置，使用激光器作为光源，经过光纤分路器传导，采用光纤双臂马赫曾德尔干涉仪光学系统，包括对应的第一光纤双臂、第二光纤双臂，其中第一光纤双臂通过第一透镜光纤端面出射平行光束，光经过空间传播区传播后经过第二透镜光纤端面耦合到第二光纤双臂，光经过第二光纤双臂传播后Y分支合波进入单根光纤输出；在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间传播区内装配有磁性材料，光传播经过磁性材料形成的磁场区域，该磁场区域为氧气浓度检测区域，利用光电探测器探测输出光的强度变化得到氧气浓度信息。
[0033]入射光通过半透半反膜或者分束棱镜进行分束，在其中一束光的传播路径上装配磁性材料，光在经过半透半反膜或者分束棱镜合束输出。
[0034]作为其中一个实施例，在第一光纤双臂后装配扩束透镜，在第二光纤双臂前装配汇聚透镜，光通过第一光纤双臂出射后经过扩束透镜形成平行光束，再经过汇聚透镜耦合进入第二光纤双臂。
[0035]作为另一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氧气光学检测装置，其特征在于：使用激光器作为光源，经过光纤分路器传导，采用光纤双臂马赫曾德尔干涉仪光学系统，包括对应的第一光纤双臂、第二光纤双臂，其中第一光纤双臂通过第一透镜光纤端面出射平行光束，光经过空间传播区传播后经过第二透镜光纤端面耦合到第二光纤双臂，光经过第二光纤双臂传播后Y分支合波进入单根光纤输出；在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间传播区内装配有磁性材料，光传播经过磁性材料形成的磁场区域，该磁场区域为氧气浓度检测区域，利用光电探测器探测输出光的强度变化得到氧气浓度信息。2.根据权利要求1所述的氧气光学检测装置，其特征在于：入射光通过半透半反膜或者分束棱镜进行分束，在其中一束光的传播路径上装配磁性材料，光在经过半透半反膜或者分束棱镜合束输出。3.根据权利要求1所述的氧气光学检测装置，其特征在于：在第一光纤双臂后装配扩束透镜，在第二光纤双臂前装配汇聚透镜，光通过第一光纤双臂出射后经过扩束透镜形成平行光束，再经过汇聚透镜耦合进入第二光纤双臂。4.根据权利要求1所述的氧气光学检测装置，其特征在于：在第一光纤双臂、第二光纤双臂的其中一个对应的臂的空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨炳雄，徐洋，施跃春，
申请(专利权)人：南京浦光芯片科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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