[实用新型]双金属交联结构光纤光谱型微量气体传感单元及传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体传感器，尤其涉及一种双金属交联结构光声光谱型光纤微量气体传感单元及传感装置。

背景技术

从以往光学气体传感器的产品开发设计来看，其结构中所存在的最大问题是采用玻璃气室和吸收型结构，主要存在两方面的问题：

1、背景信号噪声

所有测量透过量改变的光学方法有背景信号，检测灵敏度和相关产品的应用都受到极大的限制。

2、工艺结构方面

同种材料的金属化封装沿用常规模具加工方法，内表面光洁度不易控制，导致气室体积很难进一步减小，在狭小空间内不便于安置。

3、提高测量的特异性和灵敏度方面

由于不受气池长度的限制，特征谱峰可以选择在气体吸收谱线极弱处进行检测而获得足够的灵敏度，因此可以通过选择谱线滤除其它组分干扰。

此外，与在线色谱相比，光声光谱不消耗被测样品，不需要容易污染老化的色谱柱和复杂的气路控制系统，其灵敏度更高，造价也足够低。与傅立叶红外相比，其最突出的特点是可以利用光声效应测出H2的体积分数。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服现有光声光谱测量技术存在的缺点和不足，提供一种成本更低、性能更优的双金属结构光纤气体传感单元及其传感装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

在保障测量精度的前提下，利用气体吸收激光产生的热振动随气体浓度而变化的规律，通过直接探测光声信号功率P(a)，计算得到被测温度。

P(α)＝-αLP₀(α＜＜1)

式中，P₀为输入光功率，α(a)为不同浓度对应的吸收系数。

经过微音器后，再通过放大、滤波，最后经A/D转换后，输入微处理机计算并显示被测气体浓度。

双金属交联结构光纤光谱型微量气体传感单元，包括输入光纤112、二个光纤准直器(111，13)、二个气体缓冲池(11，17)、光声池气室12、微音器18、输出光纤14；其特征在于：输入光纤112、第一光纤准直器111、光声池气室12、微音器18、第二光纤准直器13和输出光纤14前后依次连接组成一种光-声通道；以光通道为中心轴，由金属材料与第一个有准直固件110围成第一个气体缓冲池11，第一光纤准直器111固定在第一个有准直固件110上，第一个气体缓冲池11上设有进气口19；由金属材料与第二个准直固件15围成第二个气体缓冲池17，第二光纤准直器13固定在第二个有准直固件15上，第二个气体缓冲池17上设有出气口16；在微音器18外围用金属材料围成光声池气室12，且光声池气室12两端分别与第一个气体缓冲池11和第二个气体缓冲池17连成一整体。

所述的准直固件是一种吸光端盖，内侧带限位槽，中心有光纤准直器通孔。

每个气体缓冲池是一种金属材料围成的薄壁管，两端部内侧带有螺纹线。

所述的微音器18是一种电容型驻极微音器，长期稳定性号，在常温条件下其灵敏度漂移可保证在200年内小于1％。

所述的光声池气室12是由一种固定热特性的金属材料制成的内面抛光圆管，要求光声池的直径和长度比远小于1，且长度满足设计的最大灵敏度频率要求。

一种基于双金属交联结构光纤光谱型微量气体传感单元的传感装置，其特征在于：包括传感单元10、宽带光源20、功率控制单元30、光电探测器40、二个后续处理电路(50，70)和微处理器60；宽带光源20和功率控制单元30连接；宽带光源20的输出端与传感单元10的输入端连接；传感单元10的输出端与光电探测器40连接；传感单元10的微音器18依次与第一个后续处理电路70和微处理器60连接；光电探测器40依次与第二个后续处理电路50和微处理器60连接。

所述的宽带光源20是一种宽带激光光源，其中有内置温度控制和光电探测器。

所述的功率控制单元30包括模数转换器31、微处理器60、正弦信号发生器32和数模转换器33，和宽带光源20组成反馈控制电路；宽带光源20、模数转换器31、微处理器32、正弦信号发生器32、数模转换器33和宽带光源20前后依次闭环连接。

第一个后续处理电路70包括电信号采样71、前置放大器72、DSP控制73和锁相电路74，微音器18与电信号采样71相连，电信号采样71依次与前置放大器72、DSP控制73和锁相电路74、微处理器60连接。