專利名稱：一種氣體傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種氣體濃度測試傳感裝置，尤其是涉及一種以光聲光譜技術(shù)為核心的氣體傳感裝置。
背景技術(shù)：
氣體的探測，尤其是可燃、易爆、有毒有害氣體的探測，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活、 科學研究和國家安全至關(guān)重要。在氣體傳感器中，利用光聲光譜特性檢測氣態(tài)分析物濃度的檢測方法已經(jīng)為公眾所周知，如美國專利No. 4740086描述了在光激發(fā)氣態(tài)分析物時用光聲氣體傳感器把調(diào)幅光源的光能轉(zhuǎn)換成聲能的情況。當入射到氣室的光能被待測氣體吸收后，就生成強度對應(yīng)于氣室內(nèi)待測氣體濃度的聲壓力波，該聲壓力波被電容微音器檢測。光聲氣體傳感技術(shù)具有靈敏度高、氣室所需體積小等一系列優(yōu)點，得到了廣泛研究和應(yīng)用。為了達到較高的測試精度并盡可能的降低激光源的成本，實際應(yīng)用中通常情況下我們可以選擇的激光源只有紅外激光二極管和光纖激光器，后者發(fā)射激光的功率較高適于長距離、大范圍的分布式或準分布式的光聲光譜氣體傳感裝置；前者發(fā)射的激光功率小只適于單點或小范圍的準分布式光聲光譜氣體傳感裝置，但兩者都有一個共同點是它們發(fā)射的激光的波長寬度較窄，紅外激光二極管發(fā)出的激光的典型波長寬度是0. Inm,而光纖激光器會更窄一些，這就意味著要保證氣體傳感裝置的基本測試精度，激光源發(fā)射的激光波長就必須準確的鎖定到待測氣體的吸收波長。然而，紅外激光二極管和光纖激光器所發(fā)射的激光波長會隨著紅外激光二極管和光纖激光器的溫度、驅(qū)動電流、氣壓等多種因素改變，所以，在實際應(yīng)用中，不僅需要控制激光源的溫度和驅(qū)動電流，還需要監(jiān)測其所發(fā)出的激光的波長變化，以保證測試結(jié)果的準確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氣體傳感裝置，其通過安裝用于監(jiān)測激光源發(fā)射激光波長變化的波長監(jiān)測模塊，從而保證了測試結(jié)果的準確度，且具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、靈敏度高和成本低的特點，同時具有推廣應(yīng)用價值。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種氣體傳感裝置，包括用于接收待測氣體的氣室、固定安裝在氣室上端的光纖準直器一和固定連接在氣室外殼上的振動檢測裝置，所述氣室下部側(cè)壁上設(shè)置有進口，所述氣室上部側(cè)壁上設(shè)置有出口，所述光纖準直器一上端與傳輸光纖的一端相接，所述傳輸光纖的另一端連接脈沖激光源，所述脈沖激光源還連接處理裝置，所述處理裝置包括用于控制脈沖激光源以一定頻率發(fā)射激光的頻率發(fā)生器和用于確定氣體濃度的處理單元，所述頻率發(fā)生器與處理單元相接，所述頻率發(fā)生器還與脈沖激光源相接，所述處理單元還連接鎖定放大器，所述鎖定放大器通過傳輸線與振動檢測裝置相接，其特征在于所述傳輸光纖上設(shè)置有波長監(jiān)測模塊，所述波長監(jiān)測模塊通過導線與處理單元相接。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊由1X2光纖耦合器、光纖光柵和光探測器組成，所述1X2光纖耦合器的1 口通過傳輸光纖連接脈沖激光源，所述 1X2光纖耦合器的2 口中的一個端口通過傳輸光纖連接氣室，所述1X2光纖耦合器的2 口的另一端口與光纖光柵相接，所述光纖光柵還與光探測器相接，所述光探測器還與鎖定放大器相接。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述1X2光纖耦合器的分光比為1 99。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述光纖光柵為莫爾光纖光柵，所述莫爾光纖光柵的透射中心波長與待測氣體的吸收波長相等。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊由1X2光纖耦合器、光纖準直器二以及光探測器和用于包含待測氣體的密閉容器四部分組成，所述1X2光纖耦合器的1 口通過傳輸光纖連接脈沖激光源，所述1X2光纖耦合器的2 口中的一個端口通過傳輸光纖連接氣室，所述1X2光纖耦合器的2 口的另一端口與光纖準直器二相接，所述光纖準直器二還與密閉容器相接，所述密閉容器還與光探測器相接。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊由1X2光纖耦合器、光纖準直器二以及用于包含待測氣體的密閉容器和螺旋纏繞在密閉容器外壁上的曲線型殼體，所述曲線型殼體內(nèi)側(cè)相對的兩個面上分別設(shè)置有多個變形齒一和多個變形齒二，所述變形齒一與變形齒二之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述變形齒一與變形齒二相平行且均與密閉容器的中心軸線平行，所述變形齒一與變形齒二之間穿設(shè)有信號光纖，所述信號光纖通過延長光纖連接測試單元，所述測試單元與鎖定放大器相接。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述信號光纖一端設(shè)置有光反射裝置，所述信號光纖另一端與1X2光纖耦合器的1 口連接，所述1X2光纖耦合器的2 口與測試單元連接。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述光反射裝置為反射鏡或光纖光柵。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述脈沖激光源下方設(shè)置有加熱/制冷器，所述加熱/制冷器與處理單元之間連接有溫度控制器。上述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述氣室上端設(shè)置有氣室窗片，所述光纖準直器一下端設(shè)置有濾波片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的氣體感測裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、操作方法方便且使用方式靈活、靈敏度高等特點。2、本發(fā)明的氣體傳感裝置，通過采用波長監(jiān)測模塊監(jiān)測脈沖激光源發(fā)出的激光波長變化，并反饋給處理單元控制使脈沖激光源發(fā)出的激光波長保持穩(wěn)定，從而使脈沖激光源發(fā)出的激光波長對準待測氣體的吸收波長，保證測試結(jié)果的準確性。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、加工制作方便且具有成本低等優(yōu)點，通過采用波長監(jiān)測模塊，保證了測試結(jié)果的準確性，使本發(fā)明的裝置具有良好的使用前景。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1中波長監(jiān)測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實施例3中曲線型殼體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明1-延伸光纖；4-曲線型殼體；5-測試單元；8-進口；11-導線；15-光探測器；20-氣室窗片；22-2-光纖準直器二 ；30-加熱/制冷器；45-1x2 光分路器；
具體實施例方式實施例1如圖1所示的一種氣體傳感裝置，包括用于接收待測氣體14的氣室10、固定安裝在氣室10上端的光纖準直器一 22-1和固定連接在氣室10外殼上的振動檢測裝置2，所述氣室10下部側(cè)壁上設(shè)置有進口 8，所述氣室10上部側(cè)壁上設(shè)置有出口 9，所述光纖準直器一 22-1上端與傳輸光纖23的一端相接，所述傳輸光纖23的另一端連接脈沖激光源25，所述脈沖激光源25還連接處理裝置，所述處理裝置包括用于控制脈沖激光源25以一定頻率發(fā)射激光的頻率發(fā)生器40和用于確定氣體濃度的處理單元50，所述頻率發(fā)生器40與處理單元50相接，所述頻率發(fā)生器40還與脈沖激光源25相接，所述處理單元50還連接鎖定放大器7，所述鎖定放大器7通過傳輸線3與振動檢測裝置2相接，所述傳輸光纖23上設(shè)置有波長監(jiān)測模塊12，所述波長監(jiān)測模塊12通過導線11與處理單元50相接。本實施例中，如圖2所示，所述波長監(jiān)測模塊12由1X2光纖耦合器45、光纖光柵16 和光探測器15組成，所述1X2光纖耦合器45的1 口通過傳輸光纖23連接脈沖激光源25， 所述1X2光纖耦合器45的2 口中的一個端口通過傳輸光纖23連接氣室10，所述1X2光纖耦合器45的2 口的另一端口與光纖光柵16相接，所述光纖光柵16還與光探測器15相接， 所述光探測器15還與鎖定放大器7相接。所述脈沖激光源25下方設(shè)置有加熱/制冷器30，所述加熱/制冷器30與處理單元50之間連接有溫度控制器31。所述氣室10上端設(shè)置有氣室窗片20，所述光纖準直器一 22-1下端設(shè)置有濾波片21。優(yōu)選的，所述光纖光柵16為莫爾光纖光柵，所述莫爾光纖光柵的透射中心波長與待測氣體14的吸收波長相等，當脈沖激光源25發(fā)射的激光波長漂移時，莫爾光纖光柵會阻擋或減少脈沖激光源25發(fā)射的激光穿過，使進入光探測器15上的激光功率減少，光探測器
2-振動檢測裝置； 4-1-變形齒一； 6-信號光纖； 9-出口；
12-波長監(jiān)測模塊; 16-光纖光柵； 21-濾波片； 23-傳輸光纖； 31-溫度控制器； 50-處理單元。
3-傳輸線；
4-2-變形齒二； 7-鎖定放大器； 10-氣室；
14-待測氣體； 18-密閉容器； 22-1光纖準直器一； 25-脈沖激光源； 40-頻率發(fā)生器；
615將該信息通過導線11傳遞給處理單元50，處理單元50通過指令控制頻率發(fā)生器40和溫度控制器31來調(diào)整脈沖激光源25發(fā)射的激光波長，使脈沖激光源25發(fā)射的激光波長鎖定在預(yù)設(shè)波長上，該預(yù)設(shè)波長就是待測氣體14的吸收波長。優(yōu)選的，所述的光纖光柵16為布拉格光纖光柵，該布拉格光纖光柵的反射中心波長是待測氣體14的吸收波長，當激光源25發(fā)射的激光波長漂移時，激光源25發(fā)射的激光會更多的穿過布拉格光纖光柵，使進入光探測器15上的激光功率增加，光探測器15將該信息通過導線11傳遞給處理單元50，處理單元50通過指令控制頻率發(fā)生器40和溫度控制器31來調(diào)整激光源25發(fā)射的激光波長鎖定在預(yù)設(shè)波長上，該預(yù)設(shè)波長就是待測氣體的吸收波長。所述1X2光纖耦合器45的分光比為1 99，其中光信號功率少的一路安置有光纖光柵16和光探測器15。優(yōu)選的，所述傳輸光纖23為外部包有多個保護層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等，也可以是塑料光纖、多芯光纖、細徑光纖或光子晶體光纖。優(yōu)選的，所述傳輸光纖23外部包覆有防水材料，如防水油膏，可進一步防止水分子對傳輸光纖23的侵蝕，延長了傳輸光纖23的使用壽命。實施例2如圖3所示，本實施例中，所述波長監(jiān)測模塊12由1X2光纖耦合器45、光纖準直器二 22-2以及光探測器15和用于包含待測氣體14的密閉容器18四部分組成，所述1X2光纖耦合器45的1 口通過傳輸光纖23連接脈沖激光源25，所述1X2光纖耦合器45的2 口中的一個端口通過傳輸光纖23連接氣室10，所述1X2光纖耦合器45的2 口的另一端口與光纖準直器二 22-2相接，所述光纖準直器二 22-2還與密閉容器18相接，所述密閉容器18還與光探測器15相接。當脈沖激光源25發(fā)射的激光波長漂移時，密閉容器18中包含待測氣體14會減少對激光源25發(fā)射的激光的吸收，使進入光探測器15上激光功率增加，光探測器15將該信息通過導線11傳遞給處理單元50，處理單元50通過指令控制頻率發(fā)生器40和溫度控制器31來調(diào)整激光源25發(fā)射的激光波長鎖定在預(yù)設(shè)波長上，該預(yù)設(shè)波長就是待測氣體的吸收波長。優(yōu)選的，所述的密閉容器18采用低溫度膨脹系數(shù)的材料制作，如石英玻璃、低膨脹金屬材料、陶瓷或其它復(fù)合材料。實施例3如圖4和5所示，本實施例中，所述波長監(jiān)測模塊12由1X2光纖耦合器45、光纖準直器二 22-2以及用于包含待測氣體14的密閉容器18和螺旋纏繞在密閉容器18外壁上的曲線型殼體4，所述曲線型殼體4內(nèi)側(cè)相對的兩個面上分別設(shè)置有多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2，所述變形齒一 4-1與變形齒二 4-2之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述變形齒一 4-1與變形齒二 4-2相平行且均與密閉容器18的中心軸線平行，所述變形齒一 4-1與變形齒二 4-2之間穿設(shè)有信號光纖6，所述信號光纖6通過延長光纖1連接測試單元5，所述測試單元5與鎖定放大器7相接。當脈沖激光源25發(fā)射的激光波長漂移時，密閉容器18中包含待測氣體14會減少對脈沖激光源25發(fā)射的激光的吸收，從而使作為傳感裝置的曲線型殼體4以及內(nèi)部包含的信號光纖6的所采集的密閉容器18的振動信號振幅減少，測試單元5通過延長光纖1測得信號光纖6中傳輸?shù)墓庑盘柟β实淖兓玫皆撔畔ⅲ⑼ㄟ^導線11傳遞給處理單元50，處理單元50通過指令控制頻率發(fā)生器40和溫度控制器31來調(diào)整脈沖激光源25發(fā)射的激光波長鎖定在預(yù)設(shè)波長上，該預(yù)設(shè)波長就是待測氣體14的吸收波長。優(yōu)選的，所述的包含待測氣體14的密閉容器18的共振頻率遠離氣室10的共振頻率，從而使密閉容器18工作在遠離共振的狀態(tài)中。優(yōu)選的，所述信號光纖6 —端設(shè)置有光反射裝置，所述信號光纖6另一端與1X2光纖耦合器45的1 口連接，所述1X2光纖耦合器45的2 口與測試單元5連接，所述光反射裝置為反射鏡或光纖光柵。優(yōu)選的，所述的密閉容器18采用低溫度膨脹系數(shù)的材料制作，如石英玻璃、低膨脹金屬材料、陶瓷或其它復(fù)合材料。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感裝置，包括用于接收待測氣體(14)的氣室(10)、固定安裝在氣室(10) 上端的光纖準直器一 02-1)和固定連接在氣室(10)外殼上的振動檢測裝置O)，所述氣室 (10)下部側(cè)壁上設(shè)置有進口(8)，所述氣室(10)上部側(cè)壁上設(shè)置有出口(9)，所述光纖準直器一 02-1)上端與傳輸光纖的一端相接，所述傳輸光纖的另一端連接脈沖激光源(25)，所述脈沖激光源0 還連接處理裝置，所述處理裝置包括用于控制脈沖激光源 (25)以一定頻率發(fā)射激光的頻率發(fā)生器GO)和用于確定氣體濃度的處理單元(50)，所述頻率發(fā)生器GO)與處理單元(50)相接，所述頻率發(fā)生器GO)還與脈沖激光源0 相接， 所述處理單元(50)還連接鎖定放大器(7)，所述鎖定放大器(7)通過傳輸線C3)與振動檢測裝置( 相接，其特征在于所述傳輸光纖上設(shè)置有波長監(jiān)測模塊(12)，所述波長監(jiān)測模塊(12)通過導線(11)與處理單元(50)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊(12)由 1X2光纖耦合器(45)、光纖光柵(16)和光探測器(1 組成，所述1X2光纖耦合器05)的 1 口通過傳輸光纖連接脈沖激光源(25)，所述1X2光纖耦合器0 的2 口中的一個端口通過傳輸光纖連接氣室(10)，所述1X2光纖耦合器0 的2 口的另一端口與光纖光柵(16)相接，所述光纖光柵(16)還與光探測器(1 相接，所述光探測器(1 還與鎖定放大器(7)相接。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述1X2光纖耦合器05) 的分光比為1 99。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述光纖光柵(16)為莫爾光纖光柵，所述莫爾光纖光柵的透射中心波長與待測氣體(14)的吸收波長相等。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊(12)由 1X2光纖耦合器(45)、光纖準直器二 02- 以及光探測器(1 和用于包含待測氣體(14) 的密閉容器(18)四部分組成，所述1X2光纖耦合器0 的1 口通過傳輸光纖連接脈沖激光源(25)，所述1X2光纖耦合器0 的2 口中的一個端口通過傳輸光纖連接氣室(10)，所述1X2光纖耦合器0 的2 口的另一端口與光纖準直器二 02- 相接，所述光纖準直器二 02- 還與密閉容器(18)相接，所述密閉容器(18)還與光探測器(1 相接。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述波長監(jiān)測模塊(12)由 1X2光纖耦合器(45)、光纖準直器二 02- 以及用于包含待測氣體(14)的密閉容器(18) 和螺旋纏繞在密閉容器(18)外壁上的曲線型殼體G)，所述曲線型殼體內(nèi)側(cè)相對的兩個面上分別設(shè)置有多個變形齒一 G-1)和多個變形齒二 G-2)，所述變形齒一與變形齒二(4- 之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述變形齒一與變形齒二(4- 相平行且均與密閉容器(18)的中心軸線平行，所述變形齒一(4-1)與變形齒二(4- 之間穿設(shè)有信號光纖(6)，所述信號光纖(6)通過延長光纖⑴連接測試單元(5)，所述測試單元(5)與鎖定放大器(7)相接。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)—端設(shè)置有光反射裝置，所述信號光纖(6)另一端與1X2光纖耦合器0 的1 口連接，所述1X2 光纖耦合器G5)的2 口與測試單元(5)連接。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述光反射裝置為反射鏡或光纖光柵。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述脈沖激光源0 下方設(shè)置有加熱/制冷器(30)，所述加熱/制冷器(30)與處理單元(50)之間連接有溫度控制器(31)。
10.按照權(quán)利要求1所述的一種氣體傳感裝置，其特征在于所述氣室(10)上端設(shè)置有氣室窗片(20)，所述光纖準直器一 Q2-1)下端設(shè)置有濾波片01)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體傳感裝置，包括氣室、固定安裝在氣室上端的光纖準直器一和固定連接在氣室外殼上的振動檢測裝置，氣室下部側(cè)壁上設(shè)有進口，氣室上部側(cè)壁上設(shè)有出口，光纖準直器一上端與傳輸光纖的一端相接，傳輸光纖另一端連接脈沖激光源，脈沖激光源還連接處理裝置，處理裝置包括頻率發(fā)生器和處理單元，頻率發(fā)生器與處理單元相接，頻率發(fā)生器還與脈沖激光源相接，處理單元還連接鎖定放大器，鎖定放大器通過傳輸線與振動檢測裝置相接，傳輸光纖上設(shè)置有波長監(jiān)測模塊，波長監(jiān)測模塊通過導線與處理單元相接。本發(fā)明通過安裝用于監(jiān)測激光源發(fā)射激光波長變化的波長監(jiān)測模塊，從而保證了測試結(jié)果的準確度，且靈敏度高，成本低。
文檔編號G01N21/39GK102564999SQ20101058776
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司