[发明专利]基于光子晶体光纤的海底溶解CO2气体检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将取样海水进行气液分离，使海水中的气体与海水分离开；

(2)根据吸收峰的波长的差异来判断待测气体的种类，根据吸收峰的强度来判断待测气体浓度；

由激光驱动器驱动激光器发出红外激光，红外激光分束为两支光路，一支光路为测量光路，另一支光路做参考光路；测量光路通过单模光纤传输至输入气室，然后进入光子晶体光纤，在特定波长1570nm处待测气体吸收，通过光纤传输至测量光电探测器，将待测气体的种类和浓度信息通过测量光电探测器转化待测电信号；参考光路通过光纤传输至光衰减器，进行光的衰减，将衰减后的激光传送至参考气室，进行光波的吸收，最后传输至光电探测器，转化为参考电信号；

(3)将待测电信号和参考电信号进行差分放大，通过模数转换对差分放大后的信号进行采集，同时由激光驱动器产生两路与待测信号同频的正交参考信号，将两路正交参考信号和待测信号进行微弱信号的数字处理，得到与被测气体CO₂浓度成正比的纯净的有用信号，以此来表征CO₂浓度信息。

2.根据权利要求1所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测方法，其特征是，所述步骤(1)中采用气液分离膜进行气液分离，气体分离出来后进行干燥，将气体中多余的水气滤除掉，最终将得到的气体输送至输入气室中，并通过扩散作用均匀扩散至光子晶体中。

3.根据权利要求1所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测方法，其特征是，所述步骤(2)中在光子晶体光纤的侧面打孔，使气体进入光纤的速度大大加快，而且充斥在光子晶体光纤纤芯的气体能随着气室气体浓度的变化实现实时变化，从而加强实时响应性和准确性。

4.一种实现权利要求1所述方法的基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：包括采样装置、激光器、分束器、测量光路和参考光路；采样装置与测量光路连接；激光器与激光驱动器连接，激光器的出光端设置有分束器，分束器的输出光通过单模光纤连接测量光路和参考光路；

测量光路包括依次连接的输入气室和测量光电探测器，分束器与输入气室的输入端之间设置单模光纤，输入气室的输入端与输出端之间设置有光子晶体光纤，输入气室的输出端与测量光电探测器之间设置单模光纤；

参考光路包括光衰减器、参考气室和参考光电探测器，分束器与光衰减器之间设置单模光纤，光衰减器与参考气室的输入端之间设置单模光纤，参考气室的输入端和输出端之间设置光子晶体光纤，参考气室的输出端与参考光电探测器之间设置单模光纤；

所述测量光电探测器和参考光电探测器均与差分放大器连接，差分放大器、模数转换器和锁相放大器依次连接；激光驱动器和锁相放大器均与微处理器连接，激光驱动器通过微处理器和参考信号产生模块与锁相放大器连接。

5.根据权利要求4所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：所述激光器的内部设置布拉格光栅。

6.根据权利要求4所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：所述采样装置与测量光路之间设置干燥管。

7.根据权利要求4所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：所述采样装置包括采样容器和气液分离装置，气液分离装置设置在采样容器内，采样容器上在气液分离装置的两侧分别为进液端和排气端。

8.根据权利要求7所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：所述气液分离装置采用气液分离膜。

9.根据权利要求4所述基于光子晶体光纤的海底溶解CO₂气体检测系统，其特征是：所述光子晶体光纤侧面设置有孔。