[发明专利]并行纤栅式多种污染气体远程传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光传感技术领域，更具体的说是应用于利用并行纤栅式传感器实现对多种气体的远程探测。

背景技术

传感技术是信息产业的三大基石之一，是社会发展和人类生活水平提高的主要驱动力之一。随着工业化的进程，污染气体对气候变化，人类健康的影响越来越严重，因此实时检测污染气体是保障我们生活环境的重要问题之一。传统气体污染的测量方法一般都是采用对样品进行化学分析得到，这种办法具有速度慢、成本高、不利于网络化，过程复杂等诸多弊病，特别是工作人员在污染区进行采样，存在对其人身造成严重危害的潜在威胁。近年来发展起来的激光雷达遥感系统在很大程度上提高人类对污染气体的探测水平，特别是人们可以对高空进行垂直测量。但是受限于大气吸收和建筑物遮挡、以及地表结构的限制，激光雷达实际上不适合于低空监测，特别是激光雷达体积巨大、成本高、可移动性差、不便于组网等缺点限制了其在人类最关心的生活空间内的环境监测。另外一种近年来被广泛关注的方法是光谱吸收法，由于污染气体，如二氧化硫，甲烷，二氧化氮等主要的吸收峰都在2-3微米的中红外光谱范围，这对光源和探测器提出了非常高的要求，成本昂贵。因此发明一种低成本、可实现远程、全高精度、便于组网、可同时探测多种污染气体的传感系统迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种并行纤栅式多种污染气体远程传感系统，其可解决多种污染气体或液体同时远程快速探测问题。

本发明提供一种并行纤栅式多种污染气体远程传感系统，包括：

一自发辐射宽带光源；

一环行器，该环行器的第一端口与自发辐射宽带光源输出端连接；

一远距离传输光纤，该远距离传输光纤与环行器的第二端口连接；

一第一波分复用器，该第一波分复用器与远距离传输光纤连接；

一长周期光栅阵列，该长周期光栅阵列与第一波分复用器连接；

一镀膜光纤传感探头阵列，该镀膜光纤传感探头阵列与长周期光栅阵列连接；

一第二波分复用器，该第二波分复用器的输入端与环行器的第三端口连接；

一光电探测阵列系统，该光电探测阵列系统与第二波分复用器连接。

其中长周期光栅阵列包括多个并联的长周期光栅，该长周期光栅的波长与第一波分复用器和第二波分复用器的波长对准，其中长周期光栅的温度敏感性是通过加温控系统避免。

其中多个并联的长周期光栅的光路数为2-32条，其是采用波分复用技术，可实现多种气体同时探测。

其中镀膜光纤传感探头阵列包括多个镀膜光纤传感探头。

其中多个镀膜光纤传感探头与长周期光栅的数量对应，为2-32个。

其中光电探测阵列系统包括多个光电探测器。

其中多个光电探测器的数量为2-32个。

其中镀膜光纤传感探头阵列中的探头为拉锥光纤，该拉锥光纤侧向表面镀不同的化学膜，每种化学膜吸附一种特定的气体，通过化学膜折射率的变化，改变光功率。

其中镀膜光纤传感探头阵列中的探头不拉锥时为侧面研磨的光纤。

其中拉锥光纤的端面镀全反射膜或不镀膜，不镀膜时全反射功能利用布拉格光栅或全反环实现，从而实现将光场两次经过拉锥光纤，使探测灵敏度增加了一倍。

其中自发辐射宽带光源是宽带自发辐射源，或是可调谐激光器，或者是多路并行激光器。

其中环行器是由一个隔离器加一个耦合器代替。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明并行纤栅式多种污染气体远程传感系统结构框图；

图2是长周期光纤光栅工作原理示意图；

图3是拉锥镀膜光纤工作原理示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种并行纤栅式多种污染气体远程传感系统，包括：

一自发辐射宽带光源1，该自发辐射光源1是宽带自发辐射源，或可调谐激光器，或者是多路并行激光器。本发明中利用通讯波段的光源代替传统吸收光谱法所用的中红外特种光源，大幅度的降低了成本。

一环行器2，该环行器2的第一端口与自发辐射宽带光源1输出端连接，其中环行器2可用一个隔离器加一个耦合器代替。

一远距离传输光纤3，该远距离传输光纤3与环行器2的第二端口连接；由于单模光纤的损耗低，并且其损耗对外界环境不敏感，因此可实现远程测量，从而避免了污染区对监测人员的危害。