[发明专利]一种基于光子晶体槽波导的多组分气体浓度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光子晶体槽波导的多组分气体浓度测量方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

目前世界上很多国家都将环境保护作为一项基本国策，并建立相应的组织对环境污染进行检测和控制。而对气体浓度和组分的检测与控制更是当今传感技术发展领域的重要前沿课题(文献1. 王琳琳，北京大气污染特征研究[D]，山东大学，2011)。在实际应用中，尤其是对低浓度有毒气体的快速、实时、高灵敏度、高精度远程检测，是众多科学研究者所追求的目标。传统的气体检测技术通常是基于非光学的检测，容易受到其他气体成分的交叉敏感和敏感膜表面污染等不利因素的影响，而且其响应比较迟钝，可重复利用率低，使用寿命较短，难以实现连续实时在线检测。因此，发展高灵敏度而且有效的气体检测手段成为传感技术领域中一个特别重要的课题。光谱吸收型光纤气体传感器是光谱分析技术与现代光纤技术相结合的产物。每一种气体都有固有的吸收谱（文献2. L. S. Rothman, I. E. Gordon, A. Barbe, et al. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database [J]. Journal of Quantitative Spectroscopy &Radiative Transfer, 2009, 110: 533-572.），当光源的发射光波长与气体的吸收光波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度即可反演待测气体的浓度。由于其测量信号的载体是光波，对被测环境干扰小，特别是其传感探头不带电、本质防爆的特点，可适用于易燃易爆气体的工业在线检测。目前，光谱吸收型光纤气体传感器是研究的最多并接近于实用化的一种气体传感器（文献3. 吴兵兵，吕垚，戴基智等，光纤气体传感检测技术研究[J]，激光与红外，2009, 39(7)：707-712.）。然而在实际测量中，为了提高传感器测量的灵敏度，尤其是气体浓度较小时，应尽可能的增加吸收路径的长度，但是随着吸收路径长度的增加，光纤准直器的制造工艺变得复杂而难以实现，光功率损耗也变得比较严重，所以不能无限制的增加气室的长度（文献4. Y. Zhao, L. Bai, Y. N. Zhang, et al. Review on structures and principles of gas cells in the absorption spectrum-based optical fiber gas sensor systems [J]. Instrument Science & Technology, 2012, 40(5): 381-401.）。