[发明专利]基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统

说明书

基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统,包括泵浦光源、掺杂光纤、光声池等。泵浦光源连接波分复用器，波分复用器复合端连接掺杂光纤输入端，掺杂光纤连接第一个光声池，该光声池的激光出口端通过光纤连接到第二个光声池，第二个光声池的激光出口端通过光纤连接其后面的光声池，以此类推能够连接到第N个光声池，第N个光声池的激光出口端连接环形器输入端，环形器中间端连接光栅，环形器输出端连接调Q元件输入端，调Q元件输出端连接波分复用器的另一输入端。调Q元件信号端连接信号发生器，微音器置于光声池中，微音器连接锁相放大器输入端，锁相放大器连接计算机。本发明实现对气体的多点测量，并且有功率高，信噪比高等优点。

技术领域

本发明涉及一种多点光声光谱气体检测技术，具体讲的是一种基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统。属于光纤气体传感技术领域。

背景技术

工农业生产以及日常生活中，对气体的多点测量已成为急需解决的重要问题之一。如环境中有毒工业废气的监测，高纯气体制备过程中杂质气体含量的监测，高压电力设备绝缘气体性能的监测以及液压系统中杂质的监测等。光声光谱法是目前常用的一种气体检测技术，具有灵敏度高，连续监测稳定性较高等优点。

申请号为2015109849672、申请人为哈尔滨工业大学、发明人为马欲飞等人的发明《一种多点测量的光声光谱气体传感器及测量方法》提出了一种以半导体激光器作为光源，利用光纤分束器对光进行分束来进行多点气体检测的方法。该方法是将半导体激光器输出的激光束经光纤分束器分为N束激光后传输至N个石英音叉处，石英音叉将声波信号转化为电流信号传输至锁相放大器。利用其实现微量气体传感测量的方法如下：步骤一、半导体激光源发射出的激光通过光纤分束器将激光束分为N束，N>1；步骤二、待测目标气体吸收光纤分束器输出的激光能量，产生声波场，N个石英音叉接受声波信号并转化为电流信号，锁相放大器对此电流信号进行解调，反演气体浓度。该发明可以实现空间浓度场多点的同时测量，具有简单易行、可靠性高、成本低的优点。但该发明存在以下缺陷和不足，通常所用的半导体激光器的光功率都是毫瓦量级，经过光纤分束器分束后，每一个气体检测装置所用来进行气体检测的功率会更小，所得到的光声信号的幅值也会变小，进而引起信噪比减小，最小检测极限增大。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统。

本发明的技术方案是按以下方式实现的：

一种基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统,包括泵浦光源、波分复用器、稀土掺杂光纤、微音器、光声池、计算机、锁相放大器、调Q元件、环形器、信号发生器和光栅，其特征在于泵浦光源的输出端通过光纤连接波分复用器的一输入端，波分复用器的复合端通过光纤连接稀土掺杂光纤的输入端，稀土掺杂光纤的输出端通过光纤连接第一个光声池的激光入口端，该光声池的激光出口端通过光纤连接到第二个光声池的激光入口端，第二个光声池的激光出口端通过光纤连接其后面的光声池，以此类推能够连接到第N个光声池，第N个光声池的激光出口端通过光纤连接环形器的输入端，环形器的中间端通过光纤连接光栅，环形器的输出端通过光纤连接调Q元件的输入端，调Q元件的输出端通过光纤连接波分复用器的另一输入端，调Q元件的信号端连接信号发生器，N个微音器分别置于所对应的N个光声池中，N个微音器连接锁相放大器的输入端，锁相放大器连接到计算机；

所述的光声池是由钢材制成的圆桶状封闭结构,其两端分别开有激光入口和激光出口，光声池的前后端上方带有入气口和出气口，光声池中间位置上部带有微音器固定处，光声池的前后端位于入气口和出气口的下方空间分别是缓冲室a和缓冲室b，缓冲室a和缓冲室b之间是一个纵向共振模式的圆柱形谐振腔；

所述的N>1。

所述的泵浦光源为半导体激光器。

所述的N个光声池的共振频率均相等。