一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，屬光纖傳感檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，包括分布反饋半導(dǎo)體激光器、光開關(guān)等，分布反饋半導(dǎo)體激光器接正向使用1*2光開關(guān)的輸入端；正向使用1*2光開關(guān)的一路經(jīng)氣室和逆向使用1*2光開關(guān)的一輸出端相接，另一路輸出端經(jīng)單模光纖和逆向使用1*2光開關(guān)的另一輸出端相接；逆向使用1*2光開關(guān)的輸入端接到光電探測器，光電探測器連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡和計算機相接；激光器驅(qū)動模塊和溫度控制模塊分別連接分布反饋半導(dǎo)體激光器；兩個光開關(guān)的控制端分別與計算機相連。本實用新型在使用時可消除器件和激光器內(nèi)部殘余待測氣體對檢測結(jié)果的影響，能提高檢測準確度和精度；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作方便。
【專利說明】一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，屬于光纖傳感氣體檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]在很多場合中，微量氣體濃度的精確監(jiān)測十分重要。例如電氣設(shè)備中六氟化硫氣體，微量的水氣就會降低電氣設(shè)備的絕緣特性，并腐蝕設(shè)備，造成嚴重危害，所以對其微量水分的測試尤為重要。目前，基于比爾-朗伯定理的光纖氣體傳感器因其結(jié)構(gòu)緊湊、測量精度高、抗電磁干擾等優(yōu)點，在微量氣體檢測中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]值得注意的是，在微量氣體檢測中，待測氣體的含量非常低，由該氣體引起的紅外光吸收會非常微弱，因此可探測到的有用信號本身也就非常微弱。在紅外探測光經(jīng)過的光路中，除了裝有待測樣品的氣室外，如若其他器件內(nèi)部殘存一定量的待測氣體，則這部分氣體會對檢測結(jié)果造成嚴重干擾。通常，光纖氣體傳感系統(tǒng)采用分布反饋半導(dǎo)體激光器作為紅外光源，PIN光電二極管作為探測器。資料顯示，分布反饋半導(dǎo)體激光器內(nèi)部LD芯片與輸出尾纖之間存在約2毫米的間隙，PIN光電探測器中光纖輸出端面與光敏材料之間存在約I毫米的間隔。一般的商用分布反饋半導(dǎo)體激光器和光電探測器基本是在干燥的大氣環(huán)境下封裝而成，但其氣密性不佳，在應(yīng)用過程中若長時間暴露在大氣中，外界空氣就會滲入到激光器和光電探測器內(nèi)部，在分布反饋半導(dǎo)體激光器和光電探測器內(nèi)部分別形成一個有效吸收光程約為2毫米和I毫米的空氣氣隙。如果待測氣體是空氣中含量較高的氣體成分(如水蒸氣、二氧化碳、氧氣等)，這兩個氣隙就相當(dāng)于兩個裝有待測氣體的小氣室，嚴重影響測量結(jié)果。以微水檢測為例，夏季濕度較大時大氣中水蒸氣的含量約為20000ppm (體積分數(shù)比)，根據(jù)比爾-朗伯定理，此濃度下I毫米的氣隙對紅外光的吸收相當(dāng)于10厘米的氣室內(nèi)200ppm水蒸氣引起的吸收。該情況下光電器件內(nèi)部I毫米氣隙吸收帶來的影響，其信號量級與氣室內(nèi)200ppm水蒸氣對應(yīng)的信號強度基本相同，對于痕量氣體檢測可見其影響之大。
[0004]專利號為201320093238.4、發(fā)明人為王強等、發(fā)明名稱為“以光纖氣體傳感器器件內(nèi)部水為參考的痕量水氣檢測裝置”的實用新型，介紹了一種以光電探測器、激光器及準直器內(nèi)部殘余水蒸氣為參考檢測痕量氣體濃度的裝置，在檢測準直器內(nèi)部水蒸氣信號強度時，將信號光路和參考路里激光器內(nèi)部和光電探測器內(nèi)部的水蒸氣干擾信號看做共模干擾，采用雙光路差分的方法從理論上來看能將水蒸氣干擾信號消除，但是，兩個光路中的光電探測器畢竟不是完全相同，因此其內(nèi)部含有待測氣體的濃度也不盡相同，實現(xiàn)完全匹配難度較大，所以該方法雖然能很好的消除掉絕大部分干擾，但還是不能做到完全消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本實用新型提出了一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，旨在提供一種簡單有效的裝置以實現(xiàn)微量氣體的精確測量。[0006]本實用新型的技術(shù)方案是按以下方式實現(xiàn)的:
[0007]—種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，包括激光器驅(qū)動模塊、溫度控制模塊、分布反饋半導(dǎo)體激光器、正向使用1*2光開關(guān)、逆向使用1*2光開關(guān)、氣室、單模光纖、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡及計算機，其特征在于分布反饋半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖接正向使用1*2光開關(guān)的輸入端；正向使用1*2光開關(guān)的一路輸出端連接氣室的一端，氣室的另一端接逆向使用1*2光開關(guān)的一個輸出端；正向使用1*2光開關(guān)的另一路輸出端接單模光纖，單模光纖的另一端連接逆向使用1*2光開關(guān)的另一個輸出端；逆向使用1*2光開關(guān)的輸入端連接到光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端和計算機相連接；激光器驅(qū)動模塊和溫度控制模塊分別連接分布反饋半導(dǎo)體激光器；正、逆向使用1*2光開關(guān)的控制端分別與計算機相連接。
[0008]所述的分布反饋半導(dǎo)體激光器的具體工作波長和待測氣體的吸收峰的波長相適配。
[0009]所述的光電探測器為InGaAs PIN光電二極管。
[0010]所述的正向使用1*2光開關(guān)與逆向使用1*2光開關(guān)均為普通機械式光開關(guān)。
[0011]一種上述氣體檢測系統(tǒng)的工作方法，步驟如下:
[0012]I)設(shè)定合適的溫度控制參數(shù)和分布反饋半導(dǎo)體激光器電流驅(qū)動參數(shù)使分布反饋半導(dǎo)體激光器的輸出波長周期性掃描過待測氣體的吸收峰；分布反饋半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流波形為鋸齒波或三角波；
[0013]2)在一個掃描周期開始時，計算機控制兩個光開關(guān)即正、逆向使用1*2光開關(guān)，使分布反饋半導(dǎo)體激光器的輸出光通過串接氣室的一路，激光經(jīng)過裝有待測氣體的氣室時，一部分光強被待測氣體吸收，剩余`激光作為信號光進入光電探測器，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號后進入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將采集到的電信號數(shù)據(jù)送入計算機當(dāng)中；
[0014]3)在下一個掃描周期開始時，計算機控制兩個光開關(guān)即正、逆向使用1*2光開關(guān)，使激光器的輸出光直接通過普通單模光纖而進入無氣室的一路，作為參考光直接被導(dǎo)入光電探測器，同樣經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號后由數(shù)據(jù)采集卡進行采集，采集到的數(shù)據(jù)由計算機接收、存儲處理；
[0015]4)將步驟2)、3)兩組數(shù)據(jù)送入計算機當(dāng)中進行減法處理，提取出只與氣室內(nèi)氣體
含量
[0016]有關(guān)的信號，根據(jù)比爾-朗伯定理反演推算出待測氣體的濃度，其推算公式如下:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，包括激光器驅(qū)動模塊、溫度控制模塊、分布反饋半導(dǎo)體激光器、正向使用1*2光開關(guān)、逆向使用1*2光開關(guān)、氣室、單模光纖、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡及計算機，其特征在于分布反饋半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖接正向使用1*2光開關(guān)的輸入端；正向使用1*2光開關(guān)的一路輸出端連接氣室的一端,氣室的另一端接逆向使用1*2光開關(guān)的一個輸出端；正向使用1*2光開關(guān)的另一路輸出端接單模光纖，單模光纖的另一端連接逆向使用1*2光開關(guān)的另一個輸出端；逆向使用1*2光開關(guān)的輸入端連接到光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端和計算機相連接；激光器驅(qū)動模塊和溫度控制模塊分別連接分布反饋半導(dǎo)體激光器；正、逆向使用1*2光開關(guān)的控制端分別與計算機相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的分布反饋半導(dǎo)體激光器的具體工作波長和待測氣體的吸收峰的波長相適配。
3.如權(quán)利要求1所述的一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的光電探測器為InGaAs PIN光電二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的一種消除光電器件內(nèi)部殘余待測氣體影響的氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的正向使用1*2光開關(guān)與逆向使用1*2光開關(guān)均為普通機械式光開關(guān)。
【文檔編號】G01N21/31GK203630031SQ201320811147
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】常恒泰, 常軍, 劉永寧, 王福鵬, 劉曉慧 申請人:山東大學(xué)