[发明专利]一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于气体检测领域，尤其涉及一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统及其方法。

背景技术

早在上个世纪20年代，人类就开始了对气体检测设备和方法的研究，时至今日,可监测的气体从早期的CO和CH；发展为涵盖CH等爆炸性气体、H₂S等有害气体、O₂、H₂O、CO等环境气体、CO等工程气体以及挥发的酒精和烟气等的综合性监测设备。各类气体传感器也相继而生，现有气体传感器主有半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧型气体传感器、高分子型气体传感器以及光纤型气体传感器等等

近三十年来，伴随着光纤和光通信技术的高速发展，光纤传感器逐渐成为研究的主流。为测量低浓度样品，科研人员提出增加吸收长度的方案，但同时也带来了吸收池体积庞大，多次反射结构导致稳定性差，腔体及镜片生产和准直困准等各方面问题。

1984年，腔衰荡光谱技术(CRDs)的概念由Anderson等人在前人基础上正式提出。其方案采用激光光源，及由两只高反射率镜片组成光学谐振腔,在谐振腔内充入待测物质(某浓度的气体等)，随后将脉冲光信号藕合进入谐振腔内，每次均有少量的光信号透过高反射率镜片出射并被后面的接收单元收集，通过测量耦合出光学谐振腔内的光信号的衰减速率，即可得知该光学腔的损耗值，进而达到得知谐振腔内的气体浓度的目的。

虽然基于空间光学的腔衰荡光谱技术有着极高检测灵敏度等优点,但该类系统尚存在几个本质缺陷：例如①腔体加工精度、高反射率涂覆要求苛刻，且端镜准直程度要求很高，结构稳定性差；②端镜与光纤间祸合困难效率低，易受干扰。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种抗电磁干扰、适宜危险环境、结构稳定性强以及测量范围广的基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统及其方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：

微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；

所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；

另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，所述光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收损耗量，最后根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度。

所述信号调理电路包括放大电路，所述放大电路的输入端与光电探测转换电路的输出端相连，放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端与数据采集电路的输入端相连。

一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：

微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与DFB激光器相连；

所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；

另一路光信号的传输方向上还设置若干个串联连接的光纤环形腔，每个所述光纤环形腔的输出光信号分别传送至相应的光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过相应的信号调理电路和相应的数据采集电路处理后，传送至相应的PC机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度，最终实现单通道多点气体浓度检测。

一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测系统，包括：

微处理器，所述微处理器与电流驱动电路相连，所述电流驱动电路与若干个DFB激光器相连；

每个所述DFB激光器输出的激光信号传送至光纤二分二耦合器的一输入端，并由所述光纤二分二耦合器分成两路光信号；其中，一路光信号传送至气室，经气室吸收后输出的光信号再反馈至光纤二分二耦合器的另一输入端，形成光纤环形腔；

另一路光信号传送至光电探测转换电路进行转换为电信号，光电探测转换电路输出的电信号依次经过信号调理电路和数据采集电路处理后，传送至PC机并计算待测气体吸收损耗量，再根据待测气体浓度与待测气体吸收损耗量的关系来获取待测气体的浓度；