[发明专利]一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感和光纤气体检测领域，特别涉及一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统及其检测方法。

背景技术

工业生产过程中，及时、准确地对易燃、易爆、有毒和有害气体进行监测预报和自动控制已成为当前煤炭、石油、化工和电力等行业亟待解决的重要问题之一。基于气体光谱吸收方法，利用石英光纤的低损耗窗口(1～2μm)进行危险气体浓度远距离检测已经获得了广泛的关注。在这个波段内，发现了许多污染性气体或有毒气体，例如：乙炔(C₂H₂)、甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)和氨气(NH3)等气体，都有吸收谱线。其中，乙炔是变压器油中的故障气体，因此，准确检测乙炔气体浓度对保障生产生活安全具有重要意义。自1992年V.M.Baev等人成功利用二极管作为光源实现有源内腔气体探测以来，有源内腔吸收气体检测技术开始受到人们的关注并迅速发展起来。近年来，得益于于光纤激光技术和光纤传感技术的发展，光纤有源内腔气体检测技术也迅速发展起来并成为气体检测技术的研究热点之一。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

在对乙炔浓度进行检测时，采用光纤有源内腔气体检测技术会存在灵敏度低的问题，无法满足实际应用中的多种需要。

发明内容

为了提高乙炔浓度检测的灵敏度，满足实际应用中的高灵敏度要求，本发明提供了一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统及其检测方法，详见下文描述：

一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统，包括：980nm或1480nm半导体激光器、980nm/1550nm波分复用器、掺饵光子晶体光纤、光纤反射镜、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、滤波器和功率计，

所述980nm或1480nm半导体激光器和所述980nm/1550nm波分复用器的第一端熔接；所述980nm/1550nm波分复用器的第二端上的单模光纤和所述掺饵光子晶体光纤活动连接；所述980nm/1550nm波分复用器的第三端和所述第一光纤布拉格光栅相连；所述掺饵光子晶体光纤的另一端和所述光纤反射镜相连；所述光纤反射镜和所述第一光纤布拉格光栅构成第一谐振腔输出1531.58nm激光；所述光纤反射镜和所述第二光纤布拉格光栅构成第二谐振腔输出1535nm激光；所述滤波器滤除所述1535nm激光；所述功率计输出1531.58nm激光功率。

所述掺饵光子晶体光纤的长度为3m。

所述有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统还包括：温控器，所述温控器上粘贴有第一光纤布拉格光栅；通过所述温控器调谐所述1531.58nm激光来对应乙炔1531.58nm处的吸收峰。

一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)980nm或1480nm半导体激光器产生泵浦光，通过光纤耦合输出所述泵浦光；

(2)所述泵浦光通过980nm/1550nm波分复用器进入掺铒光子晶体光纤，所述掺铒光子晶体光纤吸收所述泵浦光，通过光纤反射镜和第一光纤布拉格光栅构成的第一谐振腔输出1531.58nm激光，通过所述光纤反射镜和第二光纤布拉格光栅构成的第二谐振腔输出1535nm激光；

(3)在抽运功率一定条件下，滤波器滤除所述1535nm激光；通过功率计计算并输出1531.58nm激光功率；

(4)根据所述1531.58nm激光功率获取乙炔在1531.58nm处吸光度；

(5)通过所述1531.58nm吸光度和乙炔在1531.58nm的吸收截面反演出乙炔的浓度。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统及其检测方法，本发明采用掺铒光子晶体光纤，可以实现激活介质(或激光光源)、传输介质和传感介质三位一体；掺铒光子晶体光纤空气孔微结构可以提供很长的光吸收有效距离，从而提高检测的灵敏度；双波长运转下由于两波长之间的模式竞争效应，检测的灵敏度比单模运转有所提高。

附图说明

图1为本发明提供的掺饵光子晶体光纤典型吸收谱和增益的曲线示意图；

图2为本发明提供的乙炔在1450nm-1600nm的吸收谱线示意图；

图3为本发明提供的掺饵光子晶体光纤的光纤端面示意图；

图4为本发明提供的一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统的结构示意图；

图5为本发明提供的一种有源内腔吸收型乙炔浓度检测系统的另一结构示意图；