[实用新型]基于空芯光波导的气体检测装置

说明书

本实用新型涉及一种气体检测装置，具体涉及一种基于空芯光波导的气体检测装置，该装置包括内部充有被测气体的空芯光波导、探测激光器、热源激光器、滤光器、探测器、分束器和光耦合器，该热源激光器的输出波长与被测气体的吸收谱峰重合，光耦合器用于将热源激光耦合进光波导中；检测时保证由分束器同一时刻分出的两束探测分光束在不同时间里依次通过空芯光波导并同时到达探测器处发生干涉叠加，同时控制热源激光器在一束分光通过光波导的过程中持续发光以改变光束通过波导管的光程，并在另一束分光通过光波导时不发光，用探测器前后接收的叠加信号之间的差异来反映被测气体浓度。

技术领域

本实用新型涉及一种气体检测装置，具体涉及一种基于空芯光波导的气体检测装置。

背景技术

TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或者定量分析。TDLAS原理的痕量气体检测方法具有响应快、选择性强、灵度高等优点，已经在环保、安防、生化等领域得到了广泛应用。但由于测量的灵敏度依赖于气体的吸收光程(一般较长且需要开放光路)，需要较精密的装调并存在较大的死体积；而且受限于TDLAS的测量原理，光路中不能有干涉以防止测量基线震荡。这些特点都限制了基于TDLAS原理检测方法的应用。光热/声光谱法可以规避基于TDLAS测量方法的上述缺陷，但一般需要构建制造困难的光声池和价值昂贵的声敏器件。

在现有技术中，一项名称为“气体传感器及用于检测氟化氢气体浓度变化的方法”的中国发明专利申请(申请公布号为CN106908389A)公开了一种气体传感器及用于检测氟化氢气体浓度变化的方法，该方案在光路上设置了F-P谐振腔，并将氟化氢气体充入其中，将与氟化氢吸收谱峰重合的波长的泵浦光射入到该谐振腔，在谐振过程中该泵浦光会与氟化氢气体产生光热现象导致谐振腔中气体折射率发生变化从而影响绝对光程，这时让脉冲探测光射入该谐振腔，然后从该谐振腔反射离开，通过一99：1耦合器，其中99％的探测光重新回到环形光路并重新进入谐振腔，另外1％的光被探测器接收，这样脉冲探测光在环形腔内多次循环不停衰减，同时由于谐振腔中光程的变化同样会导致探测光信号的循环衰减(光程越长损耗越大)，因此探测器接收的信号就是一种衰荡的脉冲信号，通过测量环形腔的衰荡时间就可以获得氟化氢的浓度。该申请的方案能够利用TDLAS原理改变谐振腔中的光程，并使用衰荡信号的衰荡时间来测量气体的浓度，但该方案需要将其探测光转换为脉冲信号光模式，同时还要使用精密的F-P谐振腔以及高响应度和高精度的探测器，增加了设计难度以及制造成本。

目前，亟需一种既克服传统TDLAS测量方法现存的缺陷，又设计简单、制造成本低廉的气体检测的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于空芯光波导的气体检测装置以解决目前光纤气体检测装置结构复杂的问题。

本实用新型为解决上述技术问题，提供方案一：本实用新型的一种基于空芯光波导的气体检测装置，该装置包括用于内部充有被测气体的空芯光波导(4)，探测激光器(1)，热源脉冲激光器(2)和探测器(6)，该空芯光波导(4)包括用于进出光信号的第一端口(M)和第二端口(N)，该热源脉冲激光器(2)输出的脉冲激光用于与被测气体发生光热效应，该热源脉冲激光器(2)与该空芯光波导(4)耦合连接；

该装置还包括与该探测激光器(1)光纤连接的分束器(3)，该分束器(3)将该探测激光器(1)发出的探测光分为第一探测分光和第二探测分光；该第一探测分光通过第一光路(I)到达该空芯光波导(4)的第一端口(M)并从其第二端口(N)射出，再通过第二光路(II)到达该探测器；该第二探测分光通过第三光路(III)到达该空芯光波导(4)的第二端口(N)并从其第一端口(M)射出，再通过第四光路(IV)到达该探测器；该第一光路(I)与该第二光路(II)的长度总和与该第三光路(III)与该第四光路(IV)的长度总和相同，该第一光路(I)与该第三光路(III)的长度不同；该探测器(6)接收该第一探测分光和第二探测分光干涉叠加后的光信号。