[发明专利]一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是：包括光源发生器， 所述光源发生器发出光源，光源被分成两路光信号，分别形成两个环路；

第一环路将一路光信号继续分成两路次光信号，一路次光信号经过放大、过滤和延迟后 返回至次光信号产生处，构成光纤环形腔，另一路次光信号转换为电信号；

第二环路与第一环路结构对称，在第二环路的光纤环形腔中增设有气室；

第一环路与第二环路的电信号送入自平衡检测电路，然后再依次经过滤波、模数转换后 送入信号处理单元进行信号处理。

2.如权利要求1所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是： 所述第一环路为一路光信号经过隔离器后依次连接第一耦合器和第二耦合器，所述第二耦合 器将光信号分成两路，一路依次经过光纤放大器、光纤滤波器和光纤延迟线后，返回到第一 耦合器的输入端构成光纤环形腔，另一路信号传送至光电探测转换电路转换为电信号，电信 号再经过二级放大电路进行放大。

3.如权利要求1所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是： 所述第二环路为一路光信号经过隔离器再先后经过两个耦合器，光信号再次被后一个耦合器 分成两路，次一路光信号依次经过掺饵光纤放大器、气室、光纤滤波器、光纤延迟线又回到 前一个耦合器的输入端构成光纤环形腔，次另一路信号传送至光电探测转换电路转换为电信 号，电信号再经过二级放大电路进行放大。

4.如权利要求1所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是： 所述光源发生器连接有电流驱动电路和温控电路，利用温控电路与电流驱动电路对光源发生 器进行电流驱动及温度驱动，使光源发生器发出稳定的系统需求扫描脉冲信号。

5.如权利要求1所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是： 所述第一环路和第二环路中的次光信号的延迟时间不同。

6.如权利要求1所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特征是： 所述信号处理单元为FPGA，所述自平衡检测电路输出端与滤波电路的输入端相连，滤波电路 的输出端与模数转换电路的输入端相连，模数转换电路的输出端与FPGA的输入端相连。

7.如权利要求2或3所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特 征是：所述光电探测转换电路为PIN光电探测转换电路，具体包括放大器，放大器的正输入端 接地，负输入端依次通过光电探测器和电阻R分别与从光纤一分二耦合器、光纤一分二耦合器 输出的其中一路光路相连，放大器的负输入端与输出端之间还并联有RC并联电路。

8.如权利要求2或3所述的一种基于双光纤环形腔的波长扫描光谱气体检测系统，其特 征是：所述二级放大电路包括运算放大器，运算放大器的正输入端通过电阻R1接地，负输入 端通过电阻R2分别接连光电探测转换电路、光电探测转换电路的输出端；运算放大器的输出 端连接自平衡检测电路的输入端；在运算放大器的负输入端和输出端之间并联有一个支路， 该支路上串联有电阻R3和变阻器。

9.一种基于如权利要求1-8中任一项所述的系统的检测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)连接系统，调试光路与电路使其正常工作，使待测气体冲入气室；

(2)对光源发生器进行恒温控制，发出相应的扫描脉冲信号；

(3)调节并固定对光信号的放大倍数，使信号波形和基线符合设定要求；

(4)通过调整光信号的延迟时间保证参考信号和探测信号的时序对称性，检测得到气体 浓度。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征是：所述步骤(2)中，将温控电路中电桥电 阻设定为一固定值后不变以实现对光源发生器的恒温控制：由于光源发生器驱动电流变化会 导致光源发生器的输出波长的变化，所以调节电流驱动电路产生特定驱动电流，使光源发生 器发出稳定的符合系统要求的扫描脉冲信号。