本實(shí)用新型涉及一種光纖組分氣體傳感系統(tǒng)，適用于各種礦山、井下、隧道有毒有害氣體監(jiān)測(cè)，以及大氣環(huán)境質(zhì)量分析等眾多的測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
危險(xiǎn)特征氣體的在線檢測(cè)在工業(yè)和能源生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是一項(xiàng)保證安全的重要工作。
常見(jiàn)的氣體危險(xiǎn)源，如：CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，NH3等，其光譜特征吸收波段和1.55um通訊窗口大體重合。故此，基于TDLAS的光纖氣體傳感技術(shù)可以利用現(xiàn)有的光通訊技術(shù)資源得以推廣。
在現(xiàn)有的光纖氣體傳感技術(shù)中，基于TDLAS氣體傳感器每種氣體都需要使用一單芯光纖，每一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)只能同時(shí)對(duì)一種氣體進(jìn)行測(cè)量，而由于被測(cè)氣體往往種類(lèi)多，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量也大，當(dāng)處于需要多種氣體測(cè)量的場(chǎng)合，其無(wú)法同時(shí)對(duì)多種氣體進(jìn)行測(cè)量分析，只能增加測(cè)量系統(tǒng)才可解決問(wèn)題。因此，有必要設(shè)計(jì)一種通過(guò)單芯光纖實(shí)現(xiàn)多組分氣體濃度測(cè)量的裝置，使得在有限的光纖資源下，也能實(shí)現(xiàn)大量多組分氣體的TDLAS方式監(jiān)測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種光纖多組分氣體傳感系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的光纖氣體傳感系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)在線對(duì)多種氣體進(jìn)行測(cè)量分析的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種光纖多組分氣體傳感系統(tǒng)，包括至少兩種DFB激光器，波分復(fù)用器、光環(huán)形器、長(zhǎng)光程氣體室、解波分復(fù)用器、至少兩個(gè)光電探測(cè)器、諧波分析模塊；
所述各個(gè)DFB激光器的輸出端通過(guò)光纖與波分復(fù)用器的輸入端相連接；所述光環(huán)形器的輸入端口通過(guò)光纖與所述波分復(fù)用器輸出端連接，光環(huán)形器的雙向傳輸端口和輸出端口分別通過(guò)光纖與長(zhǎng)光程氣體室和解波分復(fù)用器的輸入端連接；
所述各個(gè)光電探測(cè)器的輸入端通過(guò)光纖與所述解波分復(fù)用器的輸出端連接，各個(gè)光電探測(cè)器的輸出端與諧波分析模塊連接。
所述的長(zhǎng)光程氣體室具有輸入和輸出兩個(gè)端口，所述兩個(gè)端口位于長(zhǎng)光程氣體室的同側(cè)。
所述長(zhǎng)光程氣體室同側(cè)的輸出端口通過(guò)耦合器與連接輸入端口的光纖相連接。
所述的長(zhǎng)光程氣體室具有一個(gè)端口，所述端口用于輸入和輸出。
所述光電探測(cè)器為InGaAs探測(cè)器。
本實(shí)用新型中的多種氣體成分的不同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)調(diào)制后通過(guò)光纖注入波分復(fù)用器中，通過(guò)光纖經(jīng)光環(huán)形器的雙向傳輸端口，傳輸進(jìn)入長(zhǎng)光程氣體室，在多次反射長(zhǎng)光程氣體室內(nèi)被目標(biāo)氣體成分吸收后沿著與輸入的同一根光纖通過(guò)光環(huán)形器抵達(dá)解波分復(fù)用器，通過(guò)解波分復(fù)用器將光束分配至不同光纖出口，光電探測(cè)器將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入諧波分析模塊，根據(jù)吸光度判斷各氣體成分體積分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)了在同一條光纖鏈路中對(duì)多組分氣體成分的同時(shí)在線測(cè)量
本實(shí)用新型中集成了光纖環(huán)路器，省去了一根光纖，進(jìn)一步節(jié)省了光纖資源，使得光纖資源擴(kuò)容一倍，進(jìn)一步節(jié)省了線纜的固定投資，并將長(zhǎng)光程氣體測(cè)量室的測(cè)量光程增加一倍。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的光纖氣體傳感組網(wǎng)方式的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示為本實(shí)用新型的光纖氣體傳感組網(wǎng)方式的結(jié)構(gòu)框圖，包括六種不同波長(zhǎng)的DFB激光器、波分復(fù)用器、光環(huán)形器1、長(zhǎng)光程氣體室2、解波分復(fù)用器、六個(gè)InGaAs探測(cè)器3、諧波分析模塊；六種不同波長(zhǎng)的DFB激光器的輸出端通過(guò)光纖與波分復(fù)用器的輸入端相連接；光環(huán)形器1的輸入端口通過(guò)光纖與波分復(fù)用器輸出端連接，光環(huán)形器的雙向傳輸端口和輸出端口分別通過(guò)光纖與長(zhǎng)光程氣體室2和解波分復(fù)用器的輸入端連接；所述六個(gè)InGaAs3探測(cè)器的輸入端通過(guò)光纖與所述解波分復(fù)用器的輸出端連接，各個(gè)光電探測(cè)器的輸出端與諧波分析模塊連接。
本實(shí)施例中的六種不同波長(zhǎng)的DFB激光器包括CH4、NH3、CO、CO2、和H2S的波長(zhǎng)。
本實(shí)施例中的合束波分復(fù)用器主要用于將不同波長(zhǎng)的DFB激光器發(fā)出的激光耦合到同一根光纖內(nèi)輸出，使得輸出光纖內(nèi)包含所有DFB激光器發(fā)出的光信號(hào)。波分復(fù)用器中的每個(gè)輸入通道波長(zhǎng)范圍必須包含對(duì)應(yīng)全部通道的DFB激光器的不同氣體的工作波長(zhǎng)，可以使用DWDM波分復(fù)用器。
本實(shí)施例中的光環(huán)形器1有輸入端，雙向傳輸端口、輸出端口；其雙向傳輸端口主要用于單纖雙向傳輸。長(zhǎng)光程氣體室2主要使輸入光束能在氣室內(nèi)進(jìn)行多次反射，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離后又能以較高的效率耦合入氣體室并輸出光纖。
本實(shí)施例的解分復(fù)用模塊主要用于將光環(huán)形器輸出的各個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi),也可以采用DWDM波分復(fù)用器。
本實(shí)施例中的諧波分析模塊主要用于對(duì)不同氣體的諧波進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)比爾朗伯定律，通過(guò)吸光度，計(jì)算出被測(cè)氣體濃度。
本實(shí)施例中主要是由DFB激光器發(fā)射出的不同波長(zhǎng)的激光耦合入波分復(fù)用器，通過(guò)光纖經(jīng)光環(huán)形器的雙向傳輸端口，傳輸進(jìn)入長(zhǎng)光程氣體室，使光束能在氣室內(nèi)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離后又能以較高的效率耦合入氣室輸出光纖，被吸收之后的剩余光信號(hào)沿著輸出端的與輸入的同一根光纖通過(guò)光環(huán)形器抵達(dá)解波分復(fù)用器，之后到達(dá)光電探測(cè)器后轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，將電信號(hào)輸入到諧波分析模塊，通過(guò)微分測(cè)量電路對(duì)光信號(hào)進(jìn)行諧波測(cè)試，同時(shí)根據(jù)比爾朗伯定律，通過(guò)吸光度計(jì)算出被測(cè)氣體的濃度。
本實(shí)施例中的長(zhǎng)光程氣體室3的輸入端口與輸出端口為同一端口，可以將輸出光束直接經(jīng)光纖反向傳輸至光環(huán)形器。當(dāng)然，也可以采用兩個(gè)端口位于同側(cè)的氣體室，通過(guò)耦合器將輸出光束耦合入光纖從而進(jìn)行反向傳輸。
本實(shí)用新型可以在多組分氣體測(cè)量時(shí)避免各組分氣體相互干擾，同時(shí)也提出了一種通過(guò)單芯光纖和單個(gè)氣室實(shí)現(xiàn)多組分氣體測(cè)量的TDLAS檢測(cè)裝置，降低了多組分氣體測(cè)量的TDLAS系統(tǒng)對(duì)光纖資源需求，節(jié)省了光纖資源。
上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。