一种F-P腔的光声光谱气体检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气体检测技术领域，公开了一种F

【技术实现步骤摘要】
一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置


[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种F
‑
P腔的光声光谱气体检测装置。

技术介绍

[0002]近二十年来，光声光谱气体检测技术取得了巨大的进步，具有灵敏度高、响应快、动态范围宽等优点。在光声光谱中，被测气体样品由光源激发，若激光光源采用泵浦光源，这将引起气体分子局部加热(沿着泵浦光束)，如果泵浦光束用正弦波或方波调制或脉冲调制，则会产生周期性温度梯度的声波，常用法布里
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珀罗干涉仪(FPI)，来检测光声信号并研究气体检测的精度。在检测过程中，气体样品的浓度与光声效应产生的声波振幅成比例。但是，现有技术中，光声光谱气体检测的灵敏度不够高，导致最终气体检测结果不够准确。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置，解决了光声光谱气体检测的灵敏度低的技术问题。
[0004]有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置，包括：函数发生器、锁相放大器、加法器、激光驱动器、泵浦激光器、法布里
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珀罗腔、光纤环行器、探测激光器、光电探测器和比例积分微分控制器；
[0005]所述函数发生器与所述加法器连接，用于向所述加法器发出锯齿波形电压信号；
[0006]所述锁相放大器的一端与所述加法器连接，用于向所述加法器发出正弦波电压信号；
[0007]所述加法器与所述激光驱动器连接，用于对所述锯齿波形电压信号和所述正弦波电压信号进行叠加成新的电压波形信号输出至所述激光驱动器；
[0008]所述激光驱动器与所述泵浦激光器连接，用于根据所述新的电压波形信号为所述泵浦激光器提供驱动电流；
[0009]所述泵浦激光器用于发出泵浦激光至所述法布里
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珀罗腔中，经过与所述法布里
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珀罗腔中的待测气体发生光声效应，产生声信号；
[0010]所述光纤环行器分别与所述探测激光器、所述法布里
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珀罗腔和所述光电探测器连接，所述探测激光器用于发出探测激光经过所述光纤环行器至所述法布里
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珀罗腔中；
[0011]所述法布里
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珀罗腔将所述声信号进行干涉处理，输出干涉信号经过所述光纤环行器至所述光电探测器；所述光电探测器分别与所述锁相放大器和所述比例积分微分控制器连接，用于将所述干涉信号转换为电信号分别发送至所述锁相放大器和所述比例积分微分控制器；
[0012]所述锁相放大器还用于将所述电信号进行解调成用于表征气体浓度的光声信号；
[0013]所述比例积分微分控制器与所述探测激光器连接，用于根据所述电信号反馈调制所述探测激光器的输入电压信号，以调谐所述探测激光器的波长。
[0014]优选地，所述泵浦激光器采用中红外泵浦激光器。
[0015]优选地，所述探测激光器采用中心波长为1550nm、输出功率为10mW的分布式反馈二极管激光器。
[0016]优选地，所述法布里
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珀罗腔包括第一法布里
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珀罗镜面、第二法布里
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珀罗镜面和抗共振光纤气室；
[0017]所述抗共振光纤气室两侧壁均设有套管，所述套管内设有抗共振空心光纤，所述抗共振空心光纤与所述抗共振光纤气室相连通，所述抗共振光纤气室的底部设有进气口和出气口，所述第一法布里
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珀罗镜面和所述第二法布里
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珀罗镜面分别设于所述抗共振光纤气室的两侧，且所述第一法布里
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珀罗镜面和所述第二法布里
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珀罗镜面平行设置。
[0018]优选地，所述抗共振空心光纤由外至内依次设有光纤包层、空心毛细管层和空心芯，其中，所述空心毛细管层包括若干个空心毛细管，若干个所述空心毛细管设于所述空心芯内且沿所述空心芯的内壁进行排列，所述光纤包层为硼硅酸盐玻璃材料制成，所述空心毛细管采用硅料制成。
[0019]优选地，所述泵浦激光器与所述法布里
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珀罗腔之间的光路上设有棱镜。
[0020]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术通过叠加函数发生器和锁相放大器分别发出的波形电压信号，形成新的电压波形信号为泵浦激光器提供驱动电流，对泵浦激光器的波长进行调制，同时，通过泵浦激光器发出泵浦激光至法布里
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珀罗腔中，通过探测激光器发出探测激光经过光纤环行器至法布里
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珀罗腔中，经过与法布里
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珀罗腔中的待测气体发生光声效应，产生声信号，法布里
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珀罗腔将声信号进行干涉处理，，通过光电探测器将干涉信号转换为电信号，通过锁相放大器将电信号进行解调成用于表征气体浓度的光声信号，还通过比例积分微分控制器根据电信号反馈调制探测激光器的输入电压信号，以调谐探测激光器的波长，从而使得锁相放大器探测的光声信号误差最小，提高光声光谱气体检测的灵敏度。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的法布里
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珀罗腔的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的抗共振空心光纤的结构示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]为了便于理解，请参阅图1，本专利技术提供的一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置，包括：函数发生器3、锁相放大器4、加法器2、激光驱动器1、泵浦激光器11、法布里
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珀罗腔9、光纤环行器8、探测激光器7、光电探测器5和比例积分微分控制器6；
[0027]函数发生器3与加法器2连接，用于向加法器2发出锯齿波形电压信号；
[0028]锁相放大器4的一端与加法器2连接，用于向加法器2发出正弦波电压信号；
[0029]其中，对于函数发生器3和锁相放大器4所发出的电压信号均可以自行设定。
[0030]加法器2与激光驱动器1连接，用于对锯齿波形电压信号和正弦波电压信号进行叠加成新的电压波形信号输出至激光驱动器1；
[0031]激光驱动器1与泵浦激光器11连接，用于根据新的电压波形信号为泵浦激光器11提供驱动电流；
[0032]泵浦激光器11用于发出泵浦激光至法布里
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珀罗腔9中，经过与法布里
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珀罗腔9中的待测气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种F
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P腔的光声光谱气体检测装置，其特征在于，包括：函数发生器、锁相放大器、加法器、激光驱动器、泵浦激光器、法布里
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珀罗腔、光纤环行器、探测激光器、光电探测器和比例积分微分控制器；所述函数发生器与所述加法器连接，用于向所述加法器发出锯齿波形电压信号；所述锁相放大器的一端与所述加法器连接，用于向所述加法器发出正弦波电压信号；所述加法器与所述激光驱动器连接，用于对所述锯齿波形电压信号和所述正弦波电压信号进行叠加成新的电压波形信号输出至所述激光驱动器；所述激光驱动器与所述泵浦激光器连接，用于根据所述新的电压波形信号为所述泵浦激光器提供驱动电流；所述泵浦激光器用于发出泵浦激光至所述法布里
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珀罗腔中，经过与所述法布里
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珀罗腔中的待测气体发生光声效应，产生声信号；所述光纤环行器分别与所述探测激光器、所述法布里
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珀罗腔和所述光电探测器连接，所述探测激光器用于发出探测激光经过所述光纤环行器至所述法布里
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珀罗腔中；所述法布里
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珀罗腔将所述声信号进行干涉处理，输出干涉信号经过所述光纤环行器至所述光电探测器；所述光电探测器分别与所述锁相放大器和所述比例积分微分控制器连接，用于将所述干涉信号转换为电信号分别发送至所述锁相放大器和所述比例积分微分控制器；所述锁相放大器还用于将所述电信号进行解调成用于表征气体浓度的光声信号；所述比例积分微分控制器与所述探测激光器连接，用于根据所述电信号反馈调制所述探测激光器的输入电压信号，以调谐所述探测激光器的波长。2.根据权利要求1所述的F
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖建平，王邸博，刘志峰，黄之明，徐永烨，罗颜，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：