以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置制造方法及图纸

以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，属光纤检测技术领域。装置包括标定系统、DFB激光器、气室、PIN光电探测器及单片机等。标定系统用于对器件内部的水含量进行标定；DFB激光器位于气室前，光纤准直器位于气室内，PIN光电探测器位于光纤准直器之后，PIN光电探测器输出端连接差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接，单片机和DFB激光器相连接为其提供驱动电流，单片机连接到差分放大电路的一个输入端为差分放大电路输入端提供输入信号。本实用新型专利技术具有抗电磁辐射、抗腐蚀、技术简单的优点，在使用中携带方便、性能稳定，且造价低廉。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，属于光学水气检测

技术介绍
纯净的SF6气体是一种无色无味、无毒性的气体，不会燃烧，化学性能稳定，在常温下不与其他物质产生化学反应，具有不燃的特性，优于绝缘油，因而具有良好的绝缘特性和灭弧特性，在正常条件下，是较为理想的绝缘介质。SF6负荷开关是近年来不少用户体会到的一种优良负荷开关，除电寿命长，开断力强等与真空负荷开关有共同的优点外，其突出优点是容易实现三工作位(接通、断开和接地)，小电流(电感、电容)开断，抗严酷环境条件能力强。适宜在城乡中压配电网推广应用。但在运行的SF6开关设备中，由于SF6制备不纯或设备密封不好等原因，可能含有水分，水分的存在会严重危及电气设备的安全可靠运行。因此对SF6中的水气浓度的检测以及控制要求比较严格。目前，我国电力系统中采用的测量仪主要有露点法、阻容法和电解法。露点仪操作简单，可在常压和高于常压下测量，但极易受到各种干扰因素的影响；阻容式湿度仪在实际应用中易受检测温度和检测压力的影响；电解法的缺点是现场测量前，测量系统本身并不干燥，往往有本底值，这使测量结果不够精确，并且它不能实现在线测量。此外光纤气体传感器因其稳定性好、测量精度高、抗电磁干扰、在线检测、可实现无电检测等优点在痕量气体浓度的测量中得到越来越广泛的应用，并在一些易燃易爆气体的存储等特殊场合发挥着不可替代的作用。.当光通过水气介质时，激光与水分子发生相互作用，在对应水的·吸收峰上产生吸收效应，可以用比尔-朗伯定律来描述，It(A)=10(A)exp，其中It(X)为透射距离L衰减后的光强，Ια(λ)为入射光强，α (λ)为对应波长下的吸收系数，可在数据库HITRAN2008查出。则当水气的浓度C不是特别大时C = ln/ //与气体中水气的浓度C成正比。常军、王宗良、王伟杰、宋复俊等人的技术专利“一种基于扫描法的微水检测装置”就是介绍的这样一种用于痕量水气检测的气体传感器。但是光纤气体传感器器件内部中的水在这种痕量水气检测装置并未得到考虑。通常光纤气体传感器的设计中，DFB激光器因其单色性好、线宽窄、功率稳定的优点而被广泛用作光源；光纤准直器用来准直激光，同时气体通过准直器封装的气孔进入到光纤准直器的内部，与激光相互作用；PIN光电探测器因其体积小、耦合效率高的优点常被用作光电转换器件。DFB激光器、光纤准直器及PIN光电探测器是光纤气体传感器结构中必不可少的器件，在它们的封装结构中因其工作原理的需要都存在一定宽度的缝隙，并且它们的生产都是在室内条件下完成的，缝隙中不可避免地充入了有一定水含量的空气。光纤传感器的光路穿过这三个器件中的空气，器件内部的水对激光中水吸收峰对应吸收峰处的光造成吸收，如果不针对这本底水造成的吸收进行相应的信号处理或者进行检测技术的创新，检测结果必然会受到影响。同时器件中的空气与外界的空气是隔绝的，这样器件内部水的含量是相对稳定的。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本技术提出了一种以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，旨在提供使用方便、性能稳定、成本低的痕量水气检测装置。本技术的技术方案是按以下方式实现的:一种以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，包括标定系统、DFB激光器、气室、光纤准直器、PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机，其特征在于DFB激光器位于气室前，光纤准直器位于气室内，PIN光电探测器位于光纤准直器之后；光纤准直器经单模光纤连接耦合到PIN光电探测器上，PIN光电探测器输出端连接差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作的驱动电流；单片机连接到差分放大电路的另一个输入端为差分放大电路输入端提供输入信号；所述的标定系统包括DFB激光器、光纤稱合器、气室、光纤准直器、第一 PIN光电探测器、第二 PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机，DFB激光器位于光纤耦合器前，光纤耦合器输出端分作两路，一路经光纤连接到光纤准直器，光纤准直器位于气室内，光纤准直器的另一端经光纤连接耦合到第一 PIN光电探测器上；光纤耦合器另一输出端经光纤连接直接耦合到第二 PIN光电探测器上；第二 PIN光电探测器的输出端连接到差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的另一个输入端同第一 PIN光电探测器的输出端或者单片机相连接为其提供梯形波输入信号；差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作 的驱动电流。所述的梯形波驱动信号特征为，单周期内梯形的上底和下底所占的时间比例相同，两个腰的倾斜程度相同。以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，用此装置对水气浓度进行检测分为标定和测量两大部分进行:本装置是利用光纤气体传感器部分器件内部的水作为参考，来检测气室内的痕量水气。因此首先要对这些器件内部的水含量进行标定。一种利用上述检测装置的标定系统对器件内部的水含量进行标定的方法，步骤如下: 连接好标定系统；打开示波器电源，打开标定系统的电源；调试光路及电路使其正常工作； 将第二 PIN光电探测器的光电转换信号和单片机产生的梯形波信号接入差分放大电路的两个输入端；调节第二 PIN光电探测器的光电转换信号的放大倍数，用示波器接到第二 PIN光电探测器的输出端观察其波形，直到第二 PIN光电探测器的光电转换信号的幅度及曲线的斜率与单片机产生的梯形波信号达到一致；通过单片机输出得到电压值V1,此电压值为吸收峰峰值与梯形波底部对应值的电压差值J1对应DFB激光器和第二 PIN光电探测器中的水气； 保持第二 PIN光电转换信号的电路参数不变；将第二 PIN光电探测器的光电转换信号和第一 PIN光电探测器的光电转换信号接入差分放大电路的两个输入端；调节第一PIN光电探测器的光电转换信号的放大倍数，用示波器接到第一 PIN光电探测器的输出端观察其波形，直到第一 PIN光电探测器的光电转换信号的幅度及曲线的斜率与第二 PIN光电探测器的光电转换信号达到一致；通过单片机采集得到吸收峰峰值与梯形信号底部对应的值的电压差值V2，V2对应光纤准直器中的水气和气室内的水； 准备十组已知水气浓度的样本气体，分别按照一个相同的流量通入到气室，通过单片机的输出得到相对应的不同的电压值V2利用已知的水气浓度通过公式n=l-exp计算得出吸收率Π，其中:α (λ)为对应波长λ下的吸收系数，C为气室内的水气浓度，L为光在气室内的传输距离，描绘出“V2-气体吸收率η曲线图”，V2轴上截距为电压值Vtl对应光纤准直器器件内部中的水；利用“V2-气体吸收率η曲线图”分别推算出光纤准直器、DFB激光器和PIN光电探测器对激光光强造成的影响；在“V2_气体吸收率H曲线图”上VfV1对应处的气体吸收率对应光纤准直器、DFB激光器和PIN光电探测器三个器件内部的水气。在对光纤气体传感器部分器件内部存在的水的含量作了标定后，利用以光纤气体传感器器件内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，包括标定系统、DFB激光器、气室、光纤准直器、PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机，其特征在于DFB激光器位于气室前，光纤准直器位于气室内，PIN光电探测器位于光纤准直器之后，光纤准直器经单模光纤连接耦合到PIN光电探测器上，PIN光电探测器输出端连接差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作的驱动电流；单片机连接到差分放大电路的另一个输入端为差分放大电路输入端提供输入信号；所述的标定系统包括DFB激光器、光纤耦合器、气室、光纤准直器、第一PIN光电探测器、第二PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机，DFB激光器位于光纤耦合器前，光纤耦合器输出端分作两路，一路经光纤连接到光纤准直器，光纤准直器位于气室内，光纤准直器的另一端经光纤连接耦合到第一PIN光电探测器上；光纤耦合器另一输出端经光纤连接直接耦合到第二PIN光电探测器上；第二PIN光电探测器的输出端连接到差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的另一个输入端同第一PIN光电探测器的输出端或者单片机相连接为其提供梯形波输入信号；差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作的驱动电流。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，常军，刘永宁，王福鹏，朱存光，魏巍，高婷，王伟杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：