[发明专利]一种分布式多参量光纤气体检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：包括第一激光器（200）、第一隔离器（201）、第一耦合器（202）、声光调制器（203）、第一掺铒光纤放大器（204）、环形器（205）、传感光纤（206）、第二掺铒光纤放大器（207）、第二隔离器（208）、第二激光器（209）、激光控制器（210）、锁相放大器（211）、第二耦合器（212）、波分复用器（213）、第一光电探测器（214）、第二光电探测器（215）、第三光电探测器（216）、信号采集卡（217）、脉冲发生器（218）、信号处理及显示单元（219）；所述第一激光器（200）、第一隔离器（201）、第一耦合器（202）依次线路连接，所述第一耦合器（202）分流连接至声光调制器（203）和第二耦合器（212），所述声光调制器（203）、第一掺铒光纤放大器（204）、环形器（205）依次连接，所述第二耦合器（212）连接第一光电探测器（214），第一光电探测器（214）连接至信号采集卡（217），所述环形器（205）连接至波分复用器（213），波分复用器（213）分别连接至第二耦合器（212）、第二光电探测器（215）、第三光电探测器（216），所述第二光电探测器（215）和第三光电探测器（216）分别连接至信号采集卡（217），所述信号采集卡（217）、锁相放大器（211）、激光控制器（210）、第二激光器（209）、第二隔离器（208）、第二掺铒光纤放大器（207）、传感光纤（206）、环形器（205）依次线路连接，所述脉冲发生器（218）分别连接至声光调制器（203）和信号采集卡（217），信号采集卡（217）与信号处理及显示单元（219）线路连接。

2.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述第一激光器（200）和第二激光器（209）均为波长和功率可调谐的激光器。

3.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述传感光纤（206）为空芯光子晶体光纤；传感光纤（206）沿光纤长度方向设置有若干小孔，小孔为气体进入空芯光纤的通道，小孔的直径为约为1微米-10.0微米。

4.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述第一光电探测器（214）为平衡探测器，所述第二光电探测器（215）和第三光电探测器（216）为平衡探测器或PIN光电探测器。

5.一种分布式多参量光纤气体检测方法，其特征在于，包括下列步骤：第一激光器（200）发出的激光信号经第一隔离器（201）进入第一耦合器（202），第一耦合器（202）将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第二耦合器（212），第二束信号进入声光调制器（203），声光调制器（203）将第二束信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，脉冲信号通过第一掺铒光纤放大器（204）放大后进入环形器（205）的#1端口，从环形器（205）的#2端口输出进入传感光纤（206），在传感光纤（206）中，脉冲信号光产生背向瑞利散射信号、拉曼斯托克斯信号和拉曼反斯托克斯信号，背向瑞利散射信号、拉曼斯托克斯信号和拉曼反斯托克斯信号通过环形器（205）的#2端口进入环形器（205），从环形器（205）的#3端口输出的背向瑞利散射信号、拉曼斯托克斯信号和拉曼反斯托克斯信号进入波分复用器（213），波分复用器（213）输出三路信号，其中一路信号与第一束激光信号在第二耦合器（212）上耦合，从第二耦合器（212）上耦合后输出的信号进入第一光电探测器（214）后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡（217）中，从波分复用器（213）输出的另外两路信号分别进入第二光电探测器（215）和第三光电探测器（216）后转换成电信号，输出后的两路电信号进入信号采集卡（217），信号采集卡（217）输出的一路信号进入到锁相放大器（211），锁相放大器（211）输出的信号连接到激光控制器（210），激光控制器（210）的输出信号驱动第二激光器（209），从第二激光器（209）输出的激光信号通过第二隔离器（208）进入第二掺铒光纤放大器（207），经第二掺铒光纤放大器（207）放大的信号进入传感光纤（206），在传感光纤（206）中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器（207）输出的信号，产生相位调制现象，从环形器（205）的#2端口输入到传感光纤（206）中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息以及传感光纤（206）沿线上的温度信息，信号采集卡（217）输出的另一路信号连接到信号处理及显示单元（219），获得传感光纤（206）沿线上的气体浓度信息以及传感光纤（206）沿线上的温度信息，脉冲发射（218）器产生的脉冲电信号连接到声光调制器（203）的电信号输入端驱动声光调制器（203）工作，脉冲发射器（218）输出的同步信号连接到信号采集卡（217）的同步信号输入端以保持信号采集卡（217）和声光调制器（203）处在同步状态。