【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计涉及光纤传感系列，尤其涉及一种气体浓度测量系统以及测量方法。
技术介绍
1、随着人类工业的飞速发展，环境污染和工业安全生产等问题越发突出，其中碳排放、易燃、易爆、有毒等气体等，严重威胁了人类生存环境和人身安全。因此，有害气体监测已成为传感
一个重要的研究方向。
2、光纤气体传感器秉承了光纤传感器电磁绝缘、体积小、重量轻、可以构建远距离、大范围实时监测网络等优势，已经应用于大型机电、石油化工、煤矿井等恶劣环境的气体监测中。光纤气体传感器首要解决的是增加气体感知灵敏度，主要采用在光纤表面附着气体敏感材料，如：zno、sno2、co3o4等，或制备高温、高压气室，或利用光声效应、光热效应等；其次解决的是如何将不同浓度气体的识别转化为对光信号的调制，主要采用气体吸收对光强的减弱，如：纳米光纤、d型光栅倏逝波、气室气体吸收法；气体折射率变化导致光程变化，进而相位产生变化；利用光声效应，使用高灵敏度音叉、紧密气室转化为对声波的测量；利用光热效应，使用干涉仪转化为对相位的测量。
3、上述方法很好地解决了某一点位气体浓度的测量，若要测量多个点位，只能串联多个传感器，并且其中一些方法还需要对光纤精密处理，如研磨、溅射；需要建立高压、高温、高密闭性等高要求的气室，导致整个监测系统相当复杂。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种气体浓度测量系统以及测量方法，以解决现有技术中光纤传感器的制造工艺复杂，测量多个点位时监测系统复杂的技术问题。
2、本专利技术提供了一种气体浓度测量系统，包括：光强正弦变化激光产生模块、脉冲激光与连续激光产生模块、双纤准直器、信号处理模块；
3、光强正弦变化激光产生模块产生与待测气体吸收波长相同的光强正弦变化激光经过双纤准直器射入待测气体中形成气体折射率变化；
4、脉冲激光与连续激光产生模块产生一路远离待测气体吸收波长的脉冲激光，脉冲激光经过双纤准直器射入待测气体中产生受激布里渊散射光；脉冲激光与连续激光产生模块产生另一路与受激布里渊散射光频率相近的连续激光；连续激光与后向受激布里渊散射光在信号处理模块进行相位干涉，信号处理模块根据干涉相位变化获取待测气体浓度。
5、进一步地，所述光强正弦变化激光产生模块包括：第一单频连续激光器、第一声光调制器；
6、第一单频连续激光器产生与待测气体吸收波长相同的单频连续激光，经过第一声光调制器调制后形成光强正弦变化的激光。
7、进一步地，所述脉冲激光与连续激光产生模块包括：第二单频连续激光器、第二声光调制器、光放大器、移频器、环形器；
8、第二单频连续激光器产生远离待测气体吸收波长的单频连续激光，经过第一耦合器后一路经过第二声光调制器、光放大器的调制放大形成脉冲激光，脉冲激光经过环形器的1号脚、2号脚通过双纤准直器射入待测气体中产生受激布里渊散射光，反向受激布里渊散射光经过环形器2脚、3脚进入信号处理模块；第一耦合器的另一路经过移频器产生与受激布里渊散射光频率相近的连续激光。
9、进一步地，所述信号处理模块包括：第二耦合器、光电探测器、信号处理器；
10、信号处理器通过光电探测器采集反向受激布里渊散射光、连续激光在第二耦合器进行相位干涉相位，并根据干涉相位变化获取待测气体浓度。
11、进一步地，所述第一耦合器为：分配比为90：10的2x2耦合器，其中，光强90％的光强正弦变化激光进入第二声光调制器和光放大器；光强10％的光强正弦变化激光进入移频器；第二耦合器为：3x3耦合器。
12、本专利技术还提供了一种气体浓度测量系统的测量方法，包括如下步骤：
13、步骤1：将与待测气体吸收波长相同的光强正弦变化激光射入待测气体中，对待测气体造成气体折射率改变；
14、步骤2：将远离待测气体吸收波长的脉冲激光射入待测气体中，在待测气体中形成受激布里渊散射光；
15、步骤3：产生与受激布里渊散射光频率相近的连续激光；
16、步骤4：获取反向受激布里渊散射光；
17、步骤5：将连续激光与反向受激布里渊散射光进行相位干涉，获取干涉相位变化量；
18、步骤6：根据干涉相位变化量计算待测气体浓度。
19、进一步地，所述步骤1中，光强正弦变化激光的产生方法为：
20、通过单频连续激光器产生与待测气体吸收波长相同的单频连续激光，经过声光调制器调制后形成光强正弦变化的激光。
21、进一步地，所述步骤2中，脉冲激光的产生方法为：
22、通过单频连续激光器产生远离待测气体吸收波长的单频连续激光，经过声光调制器、光放大器的调制放大形成脉冲激光。
23、进一步地，所述步骤3中，连续激光的产生方法为：
24、通过单频连续激光器产生远离待测气体吸收波长的单频连续激光，经过移频器调节单频连续激光频率直至与受激布里渊散射光频率相近，此时的单频连续激光作为连续激光。
25、进一步地，所述步骤6中，根据干涉相位变化量计算待测气体浓度的具体为先获取待测气体密度：
26、
27、再根据待测气体密度计算待测气体浓度。
28、本专利技术的有益效果：
29、本专利技术利用光热效应与受激布里渊散射光，根据测得的反向受激布里渊散射光与调制的连续激光的干涉相位变化量来计算待测气体浓度，无需建立待测气体气室，直接将光束入射进待测气体即可。本专利技术方法是分布式测量，解调出来的干涉相位信号随着时间变化反映了待测气体区域不同位置的气体浓度，即可以同时测量一条线上的气体浓度，无需复杂繁琐的监测系统；通过光热效应，提高了气体浓度测量的灵敏度，增加了测量的精确性。
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1.一种气体浓度测量系统，其特征在于，包括：光强正弦变化激光产生模块、脉冲激光与连续激光产生模块、双纤准直器、信号处理模块；
2.如权利要求1所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述光强正弦变化激光产生模块包括：第一单频连续激光器、第一声光调制器；
3.如权利要求1所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述脉冲激光与连续激光产生模块包括：第二单频连续激光器、第二声光调制器、光放大器、移频器、环形器；
4.如权利要求3所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：第二耦合器、光电探测器、信号处理器；
5.如权利要求4所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述第一耦合器为：分配比为90：10的2x2耦合器，其中，光强90％的光强正弦变化激光进入第二声光调制器和光放大器；光强10％的光强正弦变化激光进入移频器；第二耦合器为：3x3耦合器。
6.一种气体浓度测量系统的测量方法，适用于如权利要求1-5中任一所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述气体浓度测量系统的测量方法，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的
8.如权利要求6所述的气体浓度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤2中，脉冲激光的产生方法为：
9.如权利要求6所述的气体浓度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤3中，连续激光的产生方法为：
10.如权利要求6或9所述的气体浓度测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤6中，根据干涉相位变化量计算待测气体浓度的具体为先获取待测气体密度：
...【技术特征摘要】
1.一种气体浓度测量系统，其特征在于，包括：光强正弦变化激光产生模块、脉冲激光与连续激光产生模块、双纤准直器、信号处理模块；
2.如权利要求1所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述光强正弦变化激光产生模块包括：第一单频连续激光器、第一声光调制器；
3.如权利要求1所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述脉冲激光与连续激光产生模块包括：第二单频连续激光器、第二声光调制器、光放大器、移频器、环形器；
4.如权利要求3所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：第二耦合器、光电探测器、信号处理器；
5.如权利要求4所述的气体浓度测量系统，其特征在于，所述第一耦合器为：分配比为90：10的2x2耦合器，其中，光强90％的光强正弦变化激光进入第二声光调制器和光放大器；...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁朋，王彪，王亚飞，李晓曼，包振明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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