一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：檢測(cè)結(jié)構(gòu)；所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)容納待檢樣品，通過光聲光譜原理，配合上位的波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備、寬譜光源以及檢測(cè)光源實(shí)現(xiàn)混合氣體中的某一待檢成分的濃度檢測(cè)；所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括：檢測(cè)氣體倉(cāng)以及檢測(cè)光纖布拉格光柵FBG；檢測(cè)FBG與檢測(cè)氣體倉(cāng)相連；其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，檢測(cè)光入射到檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)；檢測(cè)FBG感應(yīng)檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)的壓強(qiáng)，并通過上位的波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備得到檢測(cè)FBG的波長(zhǎng)漂移量，得到待檢樣品中待檢成分的濃度。本發(fā)明提供的基于FBG的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，具備較好的抗電磁干擾能力，可靠的檢測(cè)精度和較低的成本。
【專利說明】
一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光聲效應(yīng)指的是光被樣品材料吸收后形成聲波?？捎脕磉M(jìn)行氣體檢測(cè)。
[0003]在超高精度的光聲光譜氣體檢測(cè)技術(shù)中，已有的檢測(cè)技術(shù)存在著一定的局限性；比如:傳統(tǒng)的聲傳感器因?yàn)槠湮锢硪蛩氐南拗茖?dǎo)致靈敏度無法進(jìn)一步提高，或者光聲池的結(jié)構(gòu)限制導(dǎo)致光聲池的光聲效應(yīng)并不強(qiáng)烈等等。為了改善上述問題，需要用到精度很高的聲傳感器，價(jià)格可能會(huì)比較昂貴，同時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。一般而言由于光聲效應(yīng)的強(qiáng)度比較小，所以通常的做法都是改善探測(cè)器的性能，實(shí)現(xiàn)超高精度的探測(cè)，但是這個(gè)方向會(huì)導(dǎo)致靈敏度的上升每很困難。幾乎現(xiàn)有的所有的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置都含有電學(xué)裝置，很容易受到電磁干擾，而在這種超高精度檢測(cè)的環(huán)境下，電磁干擾的影響則是非常大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中光聲光譜氣體檢測(cè)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁干擾嚴(yán)重，靈敏度低同時(shí)成本高的技術(shù)問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，包括:檢測(cè)結(jié)構(gòu)；
[0006]所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:檢測(cè)氣體倉(cāng)以及檢測(cè)光纖布拉格光柵FBG;
[0007]所述檢測(cè)FBG與所述檢測(cè)氣體倉(cāng)相連；
[0008]其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，接收入射的檢測(cè)光；
[0009]所述檢測(cè)FBG感應(yīng)所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)的壓強(qiáng)，產(chǎn)生軸向應(yīng)變；
[0010]在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)FBG接收檢波光信號(hào)照射，并通過波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備得到所述檢測(cè)FBG的波長(zhǎng)漂移量;并依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
[0011]進(jìn)一步地，所述檢測(cè)氣體倉(cāng)包括:樣品倉(cāng)和檢測(cè)光聲池；
[0012]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述樣品倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，所述檢測(cè)光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體；
[0013]入射到所述樣品倉(cāng)內(nèi)的所述檢測(cè)光，進(jìn)入到所述檢測(cè)光聲池中。
[0014]進(jìn)一步地，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)還包括:檢測(cè)聚合物層；
[0015]所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)；
[0016]其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)的情況下，當(dāng)所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述檢測(cè)聚合物層收縮，帶動(dòng)所述檢測(cè)FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。
[0017]進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光聲池包括:檢測(cè)光聲諧振腔和檢測(cè)光聲緩沖區(qū)；
[0018]所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)連通；
[0019]其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體。
[0020]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)；
[0021 ]所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:與所述檢測(cè)氣體倉(cāng)對(duì)應(yīng)的對(duì)照氣體倉(cāng)以及對(duì)照FBG ；
[0022]所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照氣體倉(cāng)相連；
[0023]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體。
[0024]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)；
[0025]所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池以及對(duì)照FBG ；
[0026]所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連；
[0027]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體；
[0028]所述對(duì)照光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體；
[0029]所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中。
[0030]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)；
[0031]所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池、對(duì)照聚合物層以及對(duì)照FBG;
[0032]所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連；
[0033]其中，所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)；
[0034]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體；
[0035]所述對(duì)照光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體；
[0036]所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中；
[0037]當(dāng)對(duì)照倉(cāng)和所述對(duì)照光聲池內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述對(duì)照聚合物層收縮，帶動(dòng)所述對(duì)照FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。
[0038]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)；
[0039]所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池、對(duì)照聚合物層以及對(duì)照FBG;
[0040]所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連；
[0041]所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)；
[0042]其中，所述檢測(cè)光聲池包括:檢測(cè)光聲諧振腔和檢測(cè)光聲緩沖區(qū)；
[0043]所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)連通；
[0044]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體；
[0045]所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體。內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體；
[0046]所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中；
[0047]當(dāng)對(duì)照倉(cāng)和所述對(duì)照光聲池內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述對(duì)照聚合物層收縮，帶動(dòng)所述對(duì)照FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。
[0048]—種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括:如權(quán)利要求要求I?4任一項(xiàng)所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置以及波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備；
[0049]所述檢測(cè)FBG接收檢波光信號(hào)，并通過所述波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)波長(zhǎng)漂移量；
[0050]其中，在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
[0051 ] 一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括:如權(quán)利要求5?8任一項(xiàng)所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置以及波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備；
[0052]所述氣體檢測(cè)裝置接收所述檢測(cè)光入射，于所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)和所述對(duì)照結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生光聲效應(yīng)，產(chǎn)生壓強(qiáng)變化；
[0053]所述檢測(cè)FBG感應(yīng)所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓強(qiáng)產(chǎn)生軸向應(yīng)變，所述對(duì)照FBG感應(yīng)所述對(duì)照結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓強(qiáng)產(chǎn)生軸向應(yīng)變；
[0054]所述檢測(cè)FBG和所述對(duì)照FBG分別接收檢波光信號(hào)，通過檢波設(shè)備檢測(cè)其波長(zhǎng)漂移量以及兩者的波長(zhǎng)漂移量的差值；
[0055]其中，在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述波長(zhǎng)漂移量的差值得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
[0056]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0057]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，采用光纖布拉格光柵FBG應(yīng)用在光聲光譜氣體探測(cè)之中，高效、高精度的感應(yīng)光聲效應(yīng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)變化，從而檢測(cè)到波長(zhǎng)漂移量，實(shí)現(xiàn)氣體濃度測(cè)量;相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的采用復(fù)雜昂貴電子器件構(gòu)成的檢測(cè)裝置，本實(shí)施例簡(jiǎn)化了測(cè)量結(jié)構(gòu)，更重要的是其本身不是一個(gè)電子器件，能夠大大降低電磁干擾，減小由電磁干擾帶來的噪聲影響，提升信噪比，使測(cè)量結(jié)果更加可靠；其造價(jià)成本也很低，適宜廣泛使用。
[0058]進(jìn)一步的，采用對(duì)照結(jié)構(gòu)與檢測(cè)結(jié)構(gòu)組成差分探測(cè)結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決了小容積光聲池內(nèi)低濃度氣體的情況下光聲效應(yīng)不明顯，壓強(qiáng)變化小，導(dǎo)致靈敏度受限的問題，進(jìn)一步提高了其靈敏度;同時(shí)也克服了環(huán)境擾動(dòng)，進(jìn)一步提升可靠性。
[0059]進(jìn)一步地，采用一維光聲池結(jié)構(gòu)，能夠盡最大可能地保證光聲池內(nèi)光聲效應(yīng)的強(qiáng)度，提升測(cè)量的靈敏度。
[0060]進(jìn)一步地，采用在光聲池尾部設(shè)置聚合物層，形成FBG與光聲池的耦合結(jié)構(gòu)，可以通過聚合物層的受壓形變，帶動(dòng)FBG做軸向移動(dòng)，從而形成明顯的軸向漂移，從而降低相對(duì)誤差，大幅提升測(cè)量的靈敏度。
【附圖說明】
[0061]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光聲池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]本申請(qǐng)實(shí)施例通過提供一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中光聲光譜氣體檢測(cè)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁干擾嚴(yán)重，靈敏度低同時(shí)成本高的技術(shù)問題;達(dá)到了提升測(cè)量靈敏度，簡(jiǎn)化測(cè)量結(jié)構(gòu)，降低成本的技術(shù)效果。
[0065]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0066]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，包括:檢測(cè)結(jié)構(gòu);所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)容納待檢樣品，通過光聲光譜原理，配合上位的波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備、寬譜光源以及檢測(cè)光源實(shí)現(xiàn)混合氣體中的某一待檢成分的濃度檢測(cè)。
[0067]即采用光聲光譜原理，通過檢測(cè)結(jié)構(gòu)將未知待檢成分的濃度信息轉(zhuǎn)換成可檢光信息輸出;在通過上位的檢波設(shè)備等實(shí)現(xiàn)濃度信息的獲取。
[0068]同時(shí)，F(xiàn)BG本身非電子器件，具備來良好的抗電磁干擾的能力，具備簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，提升測(cè)量靈敏度和可靠性。
[0069]下面將具體極少所述結(jié)構(gòu)及其工作過程。
[0070]所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:檢測(cè)氣體倉(cāng)以及檢測(cè)光纖布拉格光柵FBG;所述檢測(cè)FBGI與所述檢測(cè)氣體倉(cāng)相連。
[0071]具體來說，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，檢測(cè)光入射到所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)。檢測(cè)光為可被待檢成分針對(duì)性對(duì)應(yīng)吸收的特定波長(zhǎng)的光，此為光聲光譜測(cè)來那個(gè)技術(shù)的基本對(duì)應(yīng)關(guān)系，此處不展開說明。
[0072]參見圖3，待檢成分吸收檢測(cè)光后，會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)變化會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)FBGI產(chǎn)生應(yīng)變;進(jìn)而導(dǎo)致寬譜光源入射到所述FBG I的光，反射產(chǎn)生波長(zhǎng)漂移，通過檢波設(shè)備可以檢出波長(zhǎng)漂移量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)濃度測(cè)量。
[0073]有必要說明的是，常規(guī)技術(shù)中，通過一些列實(shí)驗(yàn)，確定濃度與波長(zhǎng)漂移量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而一旦測(cè)量獲得波長(zhǎng)漂移量，即可得到濃度。
[0074]具體來說，通過已知的所述待檢成分氣體和檢測(cè)光經(jīng)過光聲效應(yīng)后，采用波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化和波長(zhǎng)漂移，獲知對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0075]所述檢測(cè)FBGI感應(yīng)所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)的壓強(qiáng)，并通過上位的波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備得到檢測(cè)FBG I的波長(zhǎng)漂移量，得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
[0076]通常由于待檢的混合氣體中待檢成分的濃度未知，高濃度能夠吸收的光多，低濃度的較少，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)變化處于不可預(yù)期的狀態(tài);往往導(dǎo)致相對(duì)誤差居高不下，特別是待檢成分濃度很低的時(shí)候，相對(duì)誤差非常高。
[0077]鑒于此，本實(shí)施例提供的檢測(cè)氣體倉(cāng)包括:樣品倉(cāng)12和檢測(cè)光聲池(6和7)。
[0078]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述樣品倉(cāng)12通過開設(shè)的氣體出入口11充入待檢樣品，所述檢測(cè)光聲池(6和7)通過純氣體出入口 10，充入待檢成分的純氣體;所述檢測(cè)光入射到所述樣品倉(cāng)12，而后進(jìn)入到所述檢測(cè)光聲池(6和7)中。
[0079]S卩，檢測(cè)光先通過樣品倉(cāng)12經(jīng)過吸收后，光強(qiáng)減小;再通過純氣體的待檢成分大量吸收，使得檢測(cè)光聲池(6和7)內(nèi)的壓強(qiáng)變化明顯，從而使得測(cè)量的波長(zhǎng)漂移十分明顯，從而降低了相對(duì)誤差。
[0080]所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)還包括:檢測(cè)聚合物層2;所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBGl于粘結(jié)處3固定光纖主體，在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)側(cè)，粘結(jié)固定光纖端頭。即，通過聚合物層固定檢測(cè)FBG 10
[0081]在執(zhí)行氣體檢測(cè)的情況下，當(dāng)所述氣體倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述檢測(cè)聚合物層2收縮，帶動(dòng)所述檢測(cè)FBG I產(chǎn)生軸向應(yīng)變。
[0082]具體來說，檢測(cè)聚合物層2采用聚合材料，對(duì)壓強(qiáng)變化敏感，受激收縮，帶動(dòng)所述檢測(cè)FBG I產(chǎn)生軸向應(yīng)變，從而產(chǎn)生波長(zhǎng)漂移，擴(kuò)大感應(yīng)壓強(qiáng)變化的靈敏度，提升測(cè)量精度，降低相對(duì)誤差。
[0083]所述檢測(cè)光聲池包括:檢測(cè)光聲諧振腔7和檢測(cè)光聲緩沖區(qū)6;所述檢測(cè)光聲諧振腔7與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)6相連通。
[0084]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)光聲諧振腔7與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)6內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體。即，樣品倉(cāng)12內(nèi)充入待檢樣品，檢測(cè)光聲池內(nèi)待檢成分的純氣體。
[0085]所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)6以及所述光聲諧振腔7內(nèi)設(shè)置兩個(gè)或者兩個(gè)以上的檢測(cè)反射鏡5。
[0086]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)光在所述兩個(gè)或者兩個(gè)以上的檢測(cè)反射鏡5間反射。
[0087]從而，提升檢測(cè)激光與待檢氣體的接觸頻率，和吸收的程度，從而增強(qiáng)光聲效應(yīng)，進(jìn)而擴(kuò)大壓強(qiáng)變化，使得檢測(cè)更為可靠，相對(duì)誤差更小。
[0088]為了增強(qiáng)光聲效應(yīng)，優(yōu)選的，所述檢測(cè)光聲諧振腔為一維諧振腔。所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)以及所述檢測(cè)光聲諧振腔均為圓筒形結(jié)構(gòu)。
[0089]為了增強(qiáng)壓強(qiáng)感應(yīng)靈敏度，優(yōu)選的所述檢測(cè)聚合物層材料的楊氏模量小于190MPa。
[0090]為了降低環(huán)境擾動(dòng)對(duì)測(cè)量的干擾，本實(shí)施例提供了一種對(duì)照結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與檢測(cè)結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)完全一致，與檢測(cè)結(jié)構(gòu)形成差分結(jié)構(gòu)，從而實(shí)質(zhì)上形成測(cè)量結(jié)果相減，低效環(huán)境因素的干擾。
[0091]具體來講，包括:對(duì)照倉(cāng)13、對(duì)照光聲緩沖區(qū)8以及對(duì)照光聲諧振腔9以及對(duì)照聚合物層，對(duì)照FBG等結(jié)構(gòu)。
[0092]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，對(duì)照倉(cāng)13內(nèi)充入對(duì)檢測(cè)光不吸收的對(duì)照氣體，理想情況下，選擇嚴(yán)格不吸收或者吸收極少的氣體。
[0093]具體來講，對(duì)照氣體為嚴(yán)格不吸收特定波長(zhǎng)范圍的檢測(cè)光；以避免其本身對(duì)光吸收影響測(cè)量。例如需要檢測(cè)待檢樣品混合氣體中的乙炔的濃度時(shí)，可選用氮?dú)庾鳛閷?duì)照氣體;其它組合，此處不窮舉。
[0094]參見圖3，所述對(duì)照FBG感應(yīng)對(duì)照光聲池的壓強(qiáng)變化，并通過所述波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備得到對(duì)照結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)漂移量;所述檢測(cè)FBG I檢測(cè)到的波長(zhǎng)漂移量和所述對(duì)照FBG檢測(cè)到的波長(zhǎng)漂移量的差值，并通過所述差值得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
[0095]S卩，檢測(cè)結(jié)構(gòu)和對(duì)照結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)性形成了差分結(jié)構(gòu)，通過得到波長(zhǎng)漂移量的差值，排除環(huán)境干擾導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)構(gòu)誤差，得到更為精確可靠的，待檢樣品激發(fā)的光聲效應(yīng)所產(chǎn)生的波長(zhǎng)漂移。
[0096]在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述光聲池和所述對(duì)照光聲池內(nèi)均充滿所述待檢樣品中待檢成分的純氣體。即，分別在通過所述樣品倉(cāng)12和所述對(duì)照倉(cāng)13后的檢測(cè)光再次通過待檢成分的純氣體環(huán)境，大大提升光聲效應(yīng)的強(qiáng)度，使得數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差大大縮小，大大提升了測(cè)量可靠性和靈敏度。
[0097]下面描述其具體的工作過程。
[0098]該裝置適合對(duì)樣品中特定氣體成分的檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，兩束強(qiáng)度相同的激光經(jīng)過相同的調(diào)制方法入射進(jìn)入樣品倉(cāng)和對(duì)照倉(cāng)。如果在樣品倉(cāng)12內(nèi)的待檢樣品氣體中沒有對(duì)入射光吸收很少或者不吸收的氣體成分，那么入射進(jìn)入兩個(gè)光聲池的光照的強(qiáng)度相同，光聲效應(yīng)的強(qiáng)度也相同，由檢測(cè)FBG I和對(duì)照FBG探測(cè)到的波長(zhǎng)變化也一樣。
[0099]但是，當(dāng)樣品氣體中存在吸收入射光的氣體時(shí)，由于對(duì)光的吸收會(huì)導(dǎo)致最終進(jìn)入到兩個(gè)光聲池的光強(qiáng)不一樣，最終兩個(gè)FBG檢測(cè)結(jié)構(gòu)檢測(cè)到的波長(zhǎng)漂移量會(huì)有差異，這個(gè)差分就是我們檢測(cè)氣體濃度的根據(jù)，通過上位的波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)濃度計(jì)算。
[0100]這個(gè)結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是把氣體的濃度轉(zhuǎn)化成了光的強(qiáng)度不同，同時(shí)發(fā)生光聲效應(yīng)的氣體并不是待檢測(cè)的氣體，而是特定氣體的純氣體，在這種情況下光聲效應(yīng)強(qiáng)度會(huì)顯著得多，檢測(cè)靈敏度顯著提高。同時(shí)，要想進(jìn)一步提高檢測(cè)極限和靈敏度，我們只需要簡(jiǎn)單地將吸收室的長(zhǎng)度增大即可，這樣做可以進(jìn)一步加強(qiáng)低濃度氣體下兩吸收室出射光的差異性，同時(shí)也不會(huì)增加所需要加熱的氣體量。
[0101 ]本實(shí)施例還提供了一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括:基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置、波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備、寬譜光源以及檢測(cè)光源。
[0102]所述檢測(cè)光源通過斬波器14，或者類似的調(diào)制設(shè)備，調(diào)節(jié)檢測(cè)光，篩選所需要的特定波長(zhǎng)的檢測(cè)光向所述光聲光譜氣體檢測(cè)裝置發(fā)射。
[0103]所述寬譜光源向所述兩個(gè)FBG輸出光信號(hào)，并通過檢波設(shè)備檢測(cè)反射光信號(hào)，從而檢測(cè)波長(zhǎng)漂移。
[0104]當(dāng)執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)光聲池和對(duì)照光聲池的壓強(qiáng)變化導(dǎo)致所述兩個(gè)FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變，從而檢波設(shè)備檢測(cè)能夠檢測(cè)到波長(zhǎng)漂移。進(jìn)而根據(jù)波長(zhǎng)漂移和濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系直接得到待檢樣品中的待檢成分的濃度。
[0105]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0106]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，采用光纖布拉格光柵FBG應(yīng)用在光聲光譜氣體探測(cè)之中，高效、高精度的感應(yīng)光聲效應(yīng)導(dǎo)致的壓強(qiáng)變化，從而檢測(cè)到波長(zhǎng)漂移量，實(shí)現(xiàn)氣體濃度測(cè)量;相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的采用復(fù)雜昂貴電子器件構(gòu)成的檢測(cè)裝置，本實(shí)施例簡(jiǎn)化了測(cè)量結(jié)構(gòu)，更重要的是其本身不是一個(gè)電子器件，能夠完全規(guī)避電磁干擾，大大提升了其靈敏度，減小由電磁干擾帶來的噪聲影響，信噪比更高，使結(jié)果更加可靠;其造價(jià)成本也很低，適宜廣泛使用。
[0107]進(jìn)一步的，采用對(duì)照結(jié)構(gòu)與檢測(cè)結(jié)構(gòu)組成差分探測(cè)結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決了小容積光聲池內(nèi)低濃度氣體的情況下光聲效應(yīng)不明顯，壓強(qiáng)變化小，導(dǎo)致相對(duì)誤差大靈敏度受限的問題，進(jìn)一步提高了其靈敏度;同時(shí)也克服了環(huán)境擾動(dòng)，進(jìn)一步提升可靠性。
[0108]進(jìn)一步地，采用一維光聲池結(jié)構(gòu)，能夠盡最大可能地保證光聲池內(nèi)光聲效應(yīng)的強(qiáng)度，提升測(cè)量的靈敏度。
[0109]進(jìn)一步地，采用在光聲池尾部設(shè)置聚合物層，形成FBG與光聲池的耦合結(jié)構(gòu)，可以通過聚合物層的受壓形變，帶動(dòng)FBG做軸向移動(dòng)，從而形成明顯的軸向漂移，從而降低相對(duì)誤差，大幅提升測(cè)量的靈敏度。
[0110]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，包括:檢測(cè)結(jié)構(gòu)； 所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:檢測(cè)氣體倉(cāng)以及檢測(cè)光纖布拉格光柵FBG; 所述檢測(cè)FBG與所述檢測(cè)氣體倉(cāng)相連； 其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，接收入射的檢測(cè)光； 所述檢測(cè)FBG感應(yīng)所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)的壓強(qiáng)，產(chǎn)生軸向應(yīng)變； 在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)FBG接收檢波光信號(hào)照射，并通過波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備得到所述檢測(cè)FBG的波長(zhǎng)漂移量;并依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待檢樣品中待檢成分的濃度。2.如權(quán)利要求1所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)氣體倉(cāng)包括:樣品倉(cāng)和檢測(cè)光聲池； 在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述樣品倉(cāng)內(nèi)容納待檢樣品，所述檢測(cè)光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體； 入射到所述樣品倉(cāng)內(nèi)的所述檢測(cè)光，進(jìn)入到所述檢測(cè)光聲池中。3.如權(quán)利要求2所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)還包括:檢測(cè)聚合物層； 所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)； 其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)的情況下，當(dāng)所述檢測(cè)氣體倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述檢測(cè)聚合物層收縮，帶動(dòng)所述檢測(cè)FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。4.如權(quán)利要求3所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)光聲池包括:檢測(cè)光聲諧振腔和檢測(cè)光聲緩沖區(qū)； 所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)連通； 其中，在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體。5.如權(quán)利要求1所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)； 所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:與所述檢測(cè)氣體倉(cāng)對(duì)應(yīng)的對(duì)照氣體倉(cāng)以及對(duì)照FBG ； 所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照氣體倉(cāng)相連； 在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體。6.如權(quán)利要求2所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)； 所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池以及對(duì)照FBG ； 所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連； 在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體； 所述對(duì)照光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體； 所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中。7.如權(quán)利要求3所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)； 所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池、對(duì)照聚合物層以及對(duì)照FBG ； 所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連； 其中，所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)； 在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體； 所述對(duì)照光聲池內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體； 所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中； 當(dāng)對(duì)照倉(cāng)和所述對(duì)照光聲池內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述對(duì)照聚合物層收縮，帶動(dòng)所述對(duì)照FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。8.如權(quán)利要求4所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括:對(duì)照結(jié)構(gòu)； 所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:所述對(duì)照結(jié)構(gòu)包括:對(duì)照倉(cāng)、對(duì)照光聲池、對(duì)照聚合物層以及對(duì)照FBG ； 所述對(duì)照FBG與所述對(duì)照光聲池相連； 所述檢測(cè)聚合物層與所述氣體倉(cāng)相連，所述檢測(cè)FBG固定在所述檢測(cè)聚合物層內(nèi)； 其中，所述檢測(cè)光聲池包括:檢測(cè)光聲諧振腔和檢測(cè)光聲緩沖區(qū)； 所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)連通； 在執(zhí)行氣體檢測(cè)時(shí)，所述對(duì)照氣體倉(cāng)內(nèi)容納不吸收所述檢測(cè)光的對(duì)照氣體； 所述檢測(cè)光聲諧振腔與所述檢測(cè)光聲緩沖區(qū)內(nèi)容納所述待檢成分的純氣體； 所述檢測(cè)光入射到所述對(duì)照倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)而入射到所述對(duì)照光聲池中； 當(dāng)對(duì)照倉(cāng)和所述對(duì)照光聲池內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)變化時(shí)，所述對(duì)照聚合物層收縮，帶動(dòng)所述對(duì)照FBG產(chǎn)生軸向應(yīng)變。9.一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:如權(quán)利要求要求I?4任一項(xiàng)所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置以及波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備； 所述檢測(cè)FBG接收檢波光信號(hào)，并通過所述波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)波長(zhǎng)漂移量； 其中，在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待檢樣品中待檢成分的濃度。10.一種基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:如權(quán)利要求5?8任一項(xiàng)所述的基于光纖布拉格光柵的光聲光譜氣體檢測(cè)裝置以及波長(zhǎng)檢測(cè)設(shè)備； 所述氣體檢測(cè)裝置接收所述檢測(cè)光入射，于所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)和所述對(duì)照結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生光聲效應(yīng)，產(chǎn)生壓強(qiáng)變化； 所述檢測(cè)FBG感應(yīng)所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓強(qiáng)產(chǎn)生軸向應(yīng)變，所述對(duì)照FBG感應(yīng)所述對(duì)照結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓強(qiáng)產(chǎn)生軸向應(yīng)變； 所述檢測(cè)FBG和所述對(duì)照FBG分別接收檢波光信號(hào)，通過檢波設(shè)備檢測(cè)其波長(zhǎng)漂移量以及兩者的波長(zhǎng)漂移量的差值； 其中，在執(zhí)行混合氣體中待檢成分濃度檢測(cè)時(shí)，依據(jù)已知的波長(zhǎng)漂移量與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述波長(zhǎng)漂移量的差值得到待檢樣品中待檢成分的濃度。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK105910994SQ201610396497
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】司馬朝坦, 丁航, 丁一航, 楊威, 楊旺, 孫琪真, 劉德明
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)