[发明专利]一种可扩展实时光纤气体传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光电领域，尤其是一种可扩展实时光纤气体传感系统。

背景技术

电子气体传感器系统能够将各种气体的浓度及其变化转变为电压或电流量，其技术比较成熟，也有着广泛的应用。但是，在需要进行远距离传感信号传输和控制的传感测量或安全报警等系统中，电子气体传感器的传输系统往往容易受到电磁等外界环境的干扰，同时，传统的传感器系统也难以构成传感网络。随着各类激光器技术的发展，大大促进了激光气体传感系统的快速发展，激光气体传感器具有速度快和测试精确等特点，而且，光纤光学、光纤通讯和许多在光纤通讯中的技术，特别是象高密度光波分复用技术，开始应用于各类传感系统。激光气体传感系统的主要优点是能抗电磁干扰和潮湿、耐腐蚀，重量轻等，并且，易于形成传感网络和进行远距离传感信号的传输。激光气体传感系统存在的缺点是：激光气体传感器和信号处理系统比较贵，对有些气体浓度的测试精度较低或很难制作相应激光气体传感器去测试，因此，现有的激光气体传感器及系统的传感应用领域远远没有传统的电子传感系统广泛。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、适合远距离且易于形成传感网络的可扩展实时光纤气体传感系统。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种可扩展实时光纤气体传感系统，包括一个可扩展光纤气体传感网络、一个光纤光波分复用分离器、一个光电接收系统和一个传感信号分析处理系统；所述的可扩展光纤气体传感网络的输出端口连接到光纤光波分复用分离器的输入端口；所述的光纤光波分复用分离器的输出端口连接到光电接收系统的输入端口；所述的光电接收系统的输出端口连接到传感信号分析处理系统。

而且，所述的可扩展光纤气体传感网络、光纤光波分复用分离器和光电接收系统的输入端口和输出端口均为带单模光纤尾纤接口，并通过单模光纤的电弧融化焊接或光纤连接器连接。

而且，所述的可扩展电光传感网络包括一个或多个可扩展激光气体传感器。

而且，所述的可扩展激光气体传感器包括一个DFB激光器、一个气体取样室和一个光纤光波分复用合成器，所述的DFB激光器的输出中心波长与所需要传感测试的气体的光的吸收波长相同，其输出端口通过准直透镜耦合输出透过气体取样室进入光纤光波分复用合成器，并从光纤光波分复用合成器的输出端口输出。

而且，所述的光纤光波分复用合成器由一个多层介质膜光滤波片、一个准直透镜、一个玻璃管、一个带单模光纤尾纤的输出端口和一个带单模光纤尾纤的输入端口连接构成，透过多层介质膜光滤波片的准直光束被聚焦耦合到输出端口的单模光纤，从扩展端口的单模光纤输入的光束被准直透镜准直并被多层介质膜光滤波片的反射后，经准直透镜聚焦并耦合到输出端口的单模光纤上。

而且，所述的DFB激光器输出光功率大于1毫瓦，其输出为窄带光谱，其FWHM的光谱范围小于100MHz。

而且，所述的气体取样室由金属材料、玻璃材料或塑料材料制成。

而且，所述的多层介质膜光滤波片是一种窄带滤波器，或是一种光波导；所述的准直透镜是一种渐变折射率的光学透镜或是一种模压的C型透镜。

而且，所述的光纤光波分复用分离器为可扩展光纤光波分复用分离器，该可扩展光纤光波分复用分离器包括一个输入端口和多个输出端口，其输出端口数与可扩展光纤气体传感网络中的传感器数量相同。

而且，所述的光纤光波分复用分离器的透射中心波长和所要传感测试的气体吸收中心波长相同；所述的光纤光波分复用分离器的透射频谱带宽小于相邻两个传感器的中心波长的间距；所述的光电接收系统的光波长响应范围与可扩展光纤气体传感网络中所使用的激光器波长范围相同。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，将光纤通讯中常用的激光气体传感器和光纤光波分复用技术(WDM)结合在一起，系统中的每个传感器采用独立的DFB激光器作为光源，并将多个不同波长的传感信号通过光纤光波分复用分离器进行分离，使得每个传感频道的信号能够得到实时处理，具有易于扩展、应用广泛、成本低、易于安装及生产等特点，满足了远距离、大范围及对多种气体的实时监测的应用需要。

附图说明

图1是一个DFB激光器的示意图；

图2是DFB激光器的输出光谱示意图；

图3-1是一个光纤光波分复用合成器的示意图；

图3-2是一个简化的光纤光波分复用合成器的示意图；

图4是一个光纤光波分复用合成器的光波长透过率示意图；