專利名稱：基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種光纖氣體傳感技術(shù)，涉及一種光纖環(huán)形衰蕩腔甲烷氣體傳感裝置， 具有微量氣體濃度檢測(cè)功能。
背景技術(shù)：
目前，我國煤礦瓦斯檢測(cè)大多采用半導(dǎo)體氣敏技術(shù)和催化燃燒技術(shù)，與常規(guī)瓦斯 傳感技術(shù)相比，光纖甲烷傳感技術(shù)具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)(1)在一根信號(hào)傳導(dǎo)光纖上可以連接多個(gè)光纖傳感器從而構(gòu)成分布式測(cè)量的傳感 點(diǎn)；利用光通信技術(shù)中的時(shí)分和波分復(fù)用技術(shù)，只需要一根光纖即可傳輸全部傳感器的信 號(hào)；(2)抗干擾能力強(qiáng)，不受電磁場(chǎng)干擾的影響，受實(shí)際工作環(huán)境下溫度變化及粉塵的 影響較小；(3)測(cè)量范圍大，靈敏度高，響應(yīng)速度快，對(duì)煤礦瓦斯?jié)舛韧蛔兊惹闆r可作出及時(shí) 的反應(yīng)；(4)使用常溫下的光信號(hào)測(cè)量，避免高溫或電火花引爆甲烷的情況，安全性高；(5)信息容量大，便于遠(yuǎn)距離測(cè)控。與光纖通信網(wǎng)絡(luò)兼容，易組網(wǎng)。現(xiàn)在多數(shù)光纖氣體傳感器是基于光譜吸收技術(shù)的氣體傳感器，與其他的光纖氣體 傳感技術(shù)相比，基于氣體光譜吸收的光纖氣體傳感技術(shù)有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗高溫高 濕等環(huán)境干擾的能力強(qiáng)、氣體傳感探頭(氣室)簡單可靠、易于形成網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，是目前最 有前途和接近于實(shí)用化的一種光纖氣體傳感器。許多氣體在紅外波段有特征吸收譜，在 近紅外和可見波段有較弱的倍頻和泛頻吸收譜線，而且正好處于石英光纖的低損耗區(qū)域內(nèi) (1. 0 1. 7μ )。光纖環(huán)形腔衰蕩光譜技術(shù)，是把光纖傳感技術(shù)與光腔衰蕩光譜技術(shù)二者相結(jié)合， 它在探測(cè)光損耗中具有非常高的靈敏度，已經(jīng)在許多領(lǐng)域中顯示出了其巨大的優(yōu)勢(shì)。光腔衰蕩光譜技術(shù)是一種高分辨吸收光譜測(cè)量方法，主要是通過測(cè)量光在高反射 腔中的衰蕩速率來獲得腔內(nèi)介質(zhì)的吸收系數(shù)。它與腔內(nèi)吸收、長程吸收光譜技術(shù)的本質(zhì)區(qū) 別不在于光在腔內(nèi)反射次數(shù)的多少，而在于光腔衰蕩光譜測(cè)量的是光在腔內(nèi)的衰蕩時(shí)間， 是一個(gè)強(qiáng)度的比值，避開了激光光強(qiáng)波動(dòng)的影響，因而測(cè)量的精度大大提高，現(xiàn)已達(dá)PPb甚 至PPt量級(jí)。最早利用光腔衰蕩技術(shù)進(jìn)行分析吸收測(cè)量的是1988年o'keefe與Deacon完 成對(duì)氧分子的雙禁戒的有效帶寬，其后光腔衰蕩技術(shù)測(cè)量分析技術(shù)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量各種 吸收，如等離子體、火焰輻射、超聲噴射和氣體分子等。由于其原理及結(jié)構(gòu)非常簡單，因而在 實(shí)驗(yàn)室被廣泛使用。2004年，Chuji Wang首次將光纖環(huán)形腔衰蕩技術(shù)運(yùn)用于壓力傳感檢測(cè)，通過推 導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到了光纖環(huán)型腔中的衰蕩時(shí)間和外界壓力之間具有良好的線性關(guān) 系。并于2007年獲得美國專利授權(quán)，專利號(hào)為7241986B2。2006年，Chuji Wang利用光 纖環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)光纖布拉格光柵和長周期光纖光柵進(jìn)行了溫度傳感實(shí)驗(yàn)，并于2008年獲得美國專利授權(quán)，專利號(hào)為7323677B1。2008年，楊德興等人提出了一種基于光纖腔衰蕩技術(shù) 的分布式光纖傳感器，可對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，并申請(qǐng)了中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?2008100118389. 7。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于光纖環(huán)形衰蕩腔技術(shù)的甲烷氣體傳感器，針對(duì)目前基于光譜 吸收的光纖氣體傳感器其靈敏度和穩(wěn)定度受光源強(qiáng)度變化影響較大的特性有待改善的現(xiàn) 狀，將待測(cè)氣體濃度由檢測(cè)吸收光強(qiáng)的變化改變?yōu)闇y(cè)量光強(qiáng)隨時(shí)間呈指數(shù)衰減的衰蕩時(shí)間 的大小，它同時(shí)具有對(duì)光源功率要求低，達(dá)到微瓦即可，且易采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的基于光纖環(huán)形腔衰蕩技術(shù)的甲烷氣體傳感器，其特征在于包括寬譜光 源、包絡(luò)濾波片、調(diào)制器、光纖環(huán)形衰蕩腔、第一光纖準(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)直器、第一梳狀濾 波器、第一光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集及處理模塊、PC機(jī)和光纖；所述寬譜光源、包絡(luò)濾波片、調(diào) 制器、光纖環(huán)形衰蕩腔、第一光纖準(zhǔn)直器通過光纖順序連接，第一光纖準(zhǔn)直器的輸出端一側(cè) 安裝具有至少一個(gè)通帶波長X1的第一梳狀濾波器，X1位于甲烷氣體的吸收峰；所述第一 梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第二光纖準(zhǔn)直器，所述第二光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第一光 電探測(cè)器，所述第一光電探測(cè)器輸出電信號(hào)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā)送到所述PC 機(jī)。作為改進(jìn)方案，本發(fā)明的甲烷氣體傳感裝置還包括第三光纖準(zhǔn)直器、第四光纖準(zhǔn) 直器、第二梳狀濾波器、第二光電探測(cè)器；所述第一光纖準(zhǔn)直器為雙光纖準(zhǔn)直器，所述雙光 纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第三光纖準(zhǔn)直器，第三光纖準(zhǔn)直器的輸出端一側(cè)安裝具有至少一個(gè) 通帶波長λ/的第二梳狀濾波器，所述波長λ/與波長X1緊緊相鄰而不被甲烷氣體吸 收，所述第二梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第四光纖準(zhǔn)直器，所述第四光纖準(zhǔn)直器通過光 纖連接第二光電探測(cè)器，所述第二光電探測(cè)器輸出電信號(hào)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā) 送到所述PC機(jī)。作為另一種改進(jìn)方案，本發(fā)明的甲烷氣體傳感裝置還包括第三光纖準(zhǔn)直器、第四 光纖準(zhǔn)直器、第二梳狀濾波器、光纖合束器、單模光纖延遲線；所述第一光纖準(zhǔn)直器為雙光 纖準(zhǔn)直器，所述雙光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第三光纖準(zhǔn)直器，第三光纖準(zhǔn)直器的輸出端一 側(cè)安裝具有至少一個(gè)通帶波長λ/的第二梳狀濾波器，所述波長λ/與波長X1緊緊相 鄰而不被甲烷氣體吸收；所述第二梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第四光纖準(zhǔn)直器，所述第 四光纖準(zhǔn)直器通過所述單模光纖延遲線連接所述光纖合束器，所述第二光纖準(zhǔn)直器與第一 光電探測(cè)器之間通過光纖連接所述光纖合束器；所述光纖合束器通過光纖連接第一光電探 測(cè)器，所述第一光電探測(cè)器輸出電信號(hào)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā)送到所述PC機(jī)。優(yōu)選的，所述光纖環(huán)形衰蕩腔包括第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、氣隙、單模 光纖；所述調(diào)制器連接光纖耦合器的低分光比端口，第一、第二光纖耦合器的高分光比端口 通過單模光纖連接，第一、第二光纖耦合器的尾纖端口與氣隙連接，第二光纖耦合器的低分 光比端口作為輸出端連接第一光纖準(zhǔn)直器。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述第一梳狀濾波器的通帶波長分別為λ^ λ2、λ3、λ4、入5， λρ λ2、λ3、λ4、λ 5均位于甲烷氣體的吸收峰，第二梳狀濾波器的通帶波長分別為X1'、λ2'、λ3'、λ4'、λ5‘，且 λ1'、λ2‘、λ3'、λ4'、λ5‘依次與 λ1、 λ2、λ3、λ4、λ5 緊緊相鄰而不被甲烷氣體吸收。所述的氣隙是甲烷氣體濃度傳感元件，由一對(duì)準(zhǔn)直器固定在U型支架上構(gòu)成。所述第一光纖耦合器和第二光纖耦合器均為2X1端口單模光纖耦合器Cl和C2， 其分光比均為 99%。包絡(luò)濾波片對(duì)寬譜光源濾波后，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制出光脈沖，光脈沖從Cl的進(jìn) 入，將Cl和C2的99%端口與氣隙連接起來，將Cl和C2只有一根尾纖的那一端連接起來， 中間加有一段單模光纖延遲線，這樣形成一個(gè)光纖環(huán)形腔，進(jìn)入環(huán)形腔的光脈沖每循環(huán)一 次之后從C2的端口輸出。這樣，將氣體的濃度轉(zhuǎn)化為對(duì)光纖環(huán)形腔衰蕩時(shí)間的測(cè)量。當(dāng)外界有甲烷氣體存 在時(shí)，處于甲烷吸收峰的λ ρ λ 2、λ 3、λ 4、λ 5波長的光通過氣隙會(huì)使得光纖環(huán)內(nèi)的損耗發(fā) 生變化，由于光脈沖在環(huán)內(nèi)不斷循環(huán)，每循環(huán)一次就會(huì)對(duì)甲烷氣體的吸收損耗量放大一次， 因此測(cè)量精度會(huì)較高；每個(gè)脈沖在光纖環(huán)內(nèi)的衰蕩時(shí)間一般在微秒級(jí)，即使在后續(xù)的處理 過程中要對(duì)每個(gè)衰蕩信號(hào)進(jìn)行多次平均，實(shí)現(xiàn)一次測(cè)量的時(shí)間也只要毫秒量級(jí)，因此測(cè)量 速度非?？?。另外，探測(cè)的光脈沖序列為強(qiáng)度的相對(duì)值，因而光源所固有的強(qiáng)度的起伏對(duì)測(cè) 量結(jié)果沒有影響。由于解調(diào)方法簡單，易實(shí)現(xiàn)小型化、工程化和實(shí)用化。可以將多個(gè)光纖環(huán) 形腔采用串接或者并接或者串并混接方式實(shí)現(xiàn)多通道傳感，同時(shí)對(duì)多點(diǎn)的氣體進(jìn)行傳感。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，將寬譜光源通過一個(gè)包絡(luò)濾波片后調(diào)制的光脈沖注入到衰蕩腔，采用一個(gè) 雙光纖準(zhǔn)直器將從衰蕩腔輸出的光脈沖序列分成兩路，分別采用不同通帶波長的梳狀濾波 器將一路波長設(shè)定在甲烷氣體的特征吸收峰，另一路波長與其緊緊相鄰，但是甲烷氣體對(duì) 其沒有吸收。將兩路光脈沖在光纖環(huán)形腔的衰蕩時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，可以消除外界環(huán)境的變化 對(duì)傳感器造成干擾和影響等不穩(wěn)定因素，同時(shí)避免使用雙光源導(dǎo)致的不一致因素降低傳感 器的測(cè)量精度，也大大降低了系統(tǒng)成本。第二，整個(gè)光路無需用到光放大器，可以避免放大自發(fā)輻射噪聲的產(chǎn)生。第三，將光纖環(huán)形腔中氣體傳感元件——?dú)庀吨脫Q成其他物理量或者化學(xué)量的傳 感元件，甚至不需要更換光源和探測(cè)器則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他物理量或化學(xué)量的傳感。第四，若采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，將多個(gè)光纖環(huán)形腔串接或者并接或者串并混接方式， 可實(shí)現(xiàn)多通道傳感，同時(shí)對(duì)多點(diǎn)的氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明基于光纖環(huán)形衰蕩腔技術(shù)的雙光路甲烷氣體傳感器的第一實(shí)施方 式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明基于光纖環(huán)形衰蕩腔技術(shù)的雙光路甲烷氣體傳感器的第二實(shí)施方 式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明光電探測(cè)器上探測(cè)到的雙路光脈沖信號(hào)的示意圖。圖4為本發(fā)明基于光纖環(huán)形腔衰蕩技術(shù)的雙波長甲烷氣體傳感器，采用多個(gè)光纖 環(huán)形衰蕩腔并接的多通道傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳感的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的第一種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。其測(cè)量裝置包括寬譜光源(16)，包絡(luò)濾 波片(17)，調(diào)制器(1)，第一光纖耦合器O)，第二光纖耦合器，氣隙(3)、第一、第二、第 三、第四光纖準(zhǔn)直器(5)、(7)、(12)、(14)，通帶波長分別為λ^ λ2、λ3、λ4、人5和X1'、 λ2'、λ3'、λ4'、λ5'的第一、第二梳狀濾波器(6)、(13)，第一、第二光電探測(cè)器(8)、 (11)，數(shù)據(jù)采集及處理模塊(9)和PC機(jī)(10)；寬譜光源(16)經(jīng)過包絡(luò)濾波片(17)后，經(jīng) 過調(diào)制器⑴連接到光纖耦合器⑵的低分光比端口，兩個(gè)光纖耦合器⑵和⑷的高分 光比端口與單模光纖(1 連接起來，只有一根尾纖的端口與氣隙C3)連接形成一個(gè)光纖 環(huán)形衰蕩腔，其中光纖耦合器(4)的低分光比端口作為輸出端接雙光纖準(zhǔn)直器(5)，分成兩 路，一路經(jīng)梳狀濾波器(6)和準(zhǔn)直器(7)后接第一光電探測(cè)器(8)，另一路經(jīng)第四光纖準(zhǔn)直 器(14)、第二梳狀濾波器(1 和第三光纖準(zhǔn)直器(1 后接第二光電探測(cè)器(11)，第一、第 二光電探測(cè)(8)、(11)與數(shù)據(jù)采集及處理模塊(9)相接，輸出信號(hào)接入PC機(jī)(10)。在具體應(yīng)用中，采用的第一梳狀濾波器(6)的通帶波長λ” λ2、λ3、λ4、入5設(shè) 定在甲烷氣體的泛頻吸收峰1645nm附近的幾個(gè)吸收峰，第二梳狀濾波器(13)的通帶波長 W 、λ2‘ 、λ3' 、λ4' 、λ5‘依次與入”入2、入3、入4、λ 5緊緊相鄰而不被甲燒氣體吸 收，將這兩路的輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，有利于消除外界環(huán)境的惡劣變化對(duì)傳感器的干擾和影 響，增強(qiáng)傳感器的穩(wěn)定度。光纖環(huán)形腔中接入的單模光纖(1 的長度可以根據(jù)實(shí)際情況任意調(diào)節(jié)，從幾十 米到幾百米不等，主要是對(duì)腔長的調(diào)節(jié)，改變光脈沖在環(huán)形腔中的循環(huán)次數(shù)，有助于改善氣 體傳感器的靈敏度特性。經(jīng)由雙光纖準(zhǔn)直器分兩路通過第一、第二梳狀濾波器(6)、(13)后得到的光脈沖 序列W1、W2，分別被第一、第二光電探測(cè)器(8)、(11)依次檢測(cè)出來，通過數(shù)據(jù)采集模塊(9) 采集數(shù)據(jù)，送入PC機(jī)(10)采用指數(shù)擬合函數(shù)y = y0+Aexp(-t/ τ )即可分別求得光脈沖Wl 在光纖環(huán)形腔中的衰蕩時(shí)間T1,光脈沖W2在光纖環(huán)形腔中的衰蕩時(shí)間τ 2，進(jìn)一步由等式
# =即可知道待測(cè)甲烷氣體的濃度。
aci T1 T2圖2是本發(fā)明的第二種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖，與第一種實(shí)施結(jié)構(gòu)不同在于將兩路光脈 沖序列Wl、W2通過2X 1光纖合束器(18)合成一路信號(hào)后送入第一光電探測(cè)器(8)檢測(cè)， 并在第四光纖準(zhǔn)直器(1 后接入了 一段單模光纖延遲線(19)，使得進(jìn)入第一光電探測(cè)器 (8)的W2脈沖序列在時(shí)間上延遲與Wl，從而將它們區(qū)分出來，如圖3所示，td為Wl和W2間 的延遲時(shí)間，必須大于調(diào)制的脈沖寬度，tr為光脈沖在光纖環(huán)形腔內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，將探測(cè)到 的衰蕩信號(hào)的峰值提取出來，即可分別求得Wl的衰蕩時(shí)間^和12的衰蕩時(shí)間τ2。減少 一個(gè)探測(cè)器，既可以降低兩個(gè)探測(cè)器性能參數(shù)的不一致給系統(tǒng)測(cè)量精度帶來的影響，也可 以降低成本。圖4是本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用示例圖。它是在第二種實(shí)施結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將由兩個(gè)光 纖耦合器(2)、(4)、氣隙(3)、單模光纖(15)、雙光纖準(zhǔn)直器(5)、兩個(gè)梳狀濾波器(6)、(13)、 準(zhǔn)直器(7)、(12)、(14)、2Χ1光纖合束器(18)和單模光纖延遲線(19)的組合光路作為一 個(gè)整體元件(00)，如圖2中虛線框(00)所示。采用多個(gè)整體元件(OO1)、(OO2).. · (OOn)并行接入形成多個(gè)通道的傳感，能同時(shí)對(duì)多個(gè)點(diǎn)的氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其工作過程為寬譜光 源(16)經(jīng)過包絡(luò)濾波片(17)濾波后，由調(diào)制器⑴調(diào)制出光脈沖，經(jīng)過放大器(19)放大 之后通過1 X N光纖分支器(20)分成N路，可接N個(gè)整體元件(OO1)、(OO2)... (OOn)，除第一 路外，其他N-I路都接有不同長度的光纖延遲線(22》(2 ) "422^),使各路信號(hào)不相互重 疊并區(qū)別開，然后各路信號(hào)由NXl光纖合束器合為一路由高速探測(cè)器(8)檢出，再通 過數(shù)據(jù)采集及處理模塊(9)和PC機(jī)(10)進(jìn)行處理即可獲得各個(gè)通道的氣體濃度信息。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于包括寬譜光源、包絡(luò) 濾波片、調(diào)制器、光纖環(huán)形衰蕩腔、第一光纖準(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)直器、第一梳狀濾波器、第 一光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集及處理模塊、PC機(jī)和光纖；所述寬譜光源、包絡(luò)濾波片、調(diào)制器、光 纖環(huán)形衰蕩腔、第一光纖準(zhǔn)直器通過光纖順序連接，第一光纖準(zhǔn)直器的輸出端一側(cè)安裝具有至少一個(gè)通帶波長1的第一梳狀濾波器，Λ位于甲烷氣體的吸收峰，所述第一梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第二光纖準(zhǔn)直器，所述第二光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第一光電探測(cè)器，所述第一光電探測(cè)器輸出電信號(hào) 經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā)送到所述PC機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于，還包 括第三光纖準(zhǔn)直器、第四光纖準(zhǔn)直器、第二梳狀濾波器、第二光電探測(cè)器；所述第一光纖準(zhǔn) 直器為雙光纖準(zhǔn)直器，所述雙光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第三光纖準(zhǔn)直器，第三光纖準(zhǔn)直器的輸出端一側(cè)安裝具有至少一個(gè)通帶波長的第二梳狀濾波器，所述波長.V與波長. 緊緊相鄰而不被甲烷氣體吸收，所述第二梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第四光纖準(zhǔn)直器，所 述第四光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第二光電探測(cè)器，所述第二光電探測(cè)器輸出電信號(hào)經(jīng)所述 數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā)送到所述PC機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于，還包 括第三光纖準(zhǔn)直器、第四光纖準(zhǔn)直器、第二梳狀濾波器、光纖合束器、單模光纖延遲線；所述 第一光纖準(zhǔn)直器為雙光纖準(zhǔn)直器，所述雙光纖準(zhǔn)直器通過光纖連接第三光纖準(zhǔn)直器，第三光纖準(zhǔn)直器的輸出端一側(cè)安裝具有至少一個(gè)通帶波長Λ1的第二梳狀濾波器，所述波長為’與波長. 緊緊相鄰而不被甲烷氣體吸收；所述第二梳狀濾波器輸出端的一側(cè)安裝第四光纖準(zhǔn)直器，所述第四光纖準(zhǔn)直器通過所述單模光纖延遲線連接所述光纖合束器，所述第二光 纖準(zhǔn)直器與第一光電探測(cè)器之間通過光纖連接所述光纖合束器；所述光纖合束器通過光纖 連接第一光電探測(cè)器，所述第一光電探測(cè)器輸出電信號(hào)經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊后發(fā)送 到所述PC機(jī)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在 于，所述光纖環(huán)形衰蕩腔包括第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、氣隙、單模光纖；所述調(diào)制 器連接光纖耦合器的低分光比端口，第一、第二光纖耦合器的高分光比端口通過單模光纖 連接，第一、第二光纖耦合器的尾纖端口與氣隙連接，第二光纖耦合器的低分光比端口作為 輸出端連接第一光纖準(zhǔn)直器。
5.如權(quán)利要求4所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于，所述第一梳狀濾波器的通帶波長分別為A、為、4、4、4，第二梳狀濾波器的通帶波長分別為 為WIW、V,且為、為、冬、而、為均位于甲烷氣體的吸收峰，-V^V、為W、- ‘依次與4、冬、為、Λ 、為緊緊相鄰而不被甲烷氣體吸收。
6.如權(quán)利要求5所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于所述 氣隙為甲烷氣體濃度傳感元件，由一對(duì)準(zhǔn)直器固定在U型支架上構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于所述第一光纖耦合器和第二光纖耦合器均為2X1端口單模光纖耦合器Cl和C2，其分光比均為 1% :99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光纖環(huán)形衰蕩腔的甲烷氣體傳感裝置，其特征在于采用一個(gè)寬譜光源，將其輸出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)包絡(luò)濾波片后進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生出光脈沖，經(jīng)由光纖耦合器、單模光纖和氣室構(gòu)成的光纖環(huán)形衰蕩腔，然后通過雙光纖準(zhǔn)直器分成兩路濾波后輸送至光電探測(cè)器，探測(cè)到的電信號(hào)再經(jīng)由采集卡送入數(shù)據(jù)處理模塊分析處理。本發(fā)明將對(duì)甲烷氣體濃度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)光纖環(huán)形腔衰蕩時(shí)間的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)一次測(cè)量的時(shí)間也只要微秒級(jí)，并采用雙光纖準(zhǔn)直器將光纖環(huán)形衰蕩腔循環(huán)輸出的光脈沖序列分成兩路，其中一路對(duì)應(yīng)甲烷氣體的多個(gè)吸收峰，另外一路光則不吸收，將這兩路的輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，去除掉外界環(huán)境對(duì)傳感系統(tǒng)的干擾和影響，從而增強(qiáng)傳感器穩(wěn)定度，提高其測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102116738SQ20101056763
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉德明, 胡必春, 許榮榮, 魯平 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)