分布式光纖氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式光纖氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，隨著對(duì)環(huán)境安全的要求日益高漲，各種氣體檢測(cè)技術(shù)層出不窮，其中TDLAS(可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)技術(shù)以其抗干擾能力強(qiáng)，精度高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)良的特性而成為研宄熱點(diǎn)。光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過(guò)測(cè)量和分析紅外吸收峰來(lái)檢測(cè)氣體，但是紅外檢測(cè)技術(shù)由于是使用的寬光譜，在光譜內(nèi)的所有有吸收峰的氣體都會(huì)與光束發(fā)生作用，使得其抗干擾能力較差，如甲烷檢測(cè)方面，難以解決水氣的干擾導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用有限。
[0003]光學(xué)式氣體傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測(cè)試分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能，精度高，反應(yīng)快，同時(shí)因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)高，主要應(yīng)用于石油、采礦、半導(dǎo)體工業(yè)等工礦企業(yè)以及家庭中環(huán)境檢測(cè)和控制。在石油、石化、采礦工業(yè)中，硫化氫、一氧化碳、氯氣、甲烷和可燃的碳?xì)浠衔锸侵饕獧z測(cè)氣體。在半導(dǎo)體工業(yè)中最主要是檢測(cè)磷、砷和硅烷。家庭中主要是檢測(cè)煤氣和液化氣的泄漏以及是否通風(fēng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的激光氣體傳感器，為懸掛式儀表設(shè)備，在需要多點(diǎn)檢測(cè)的場(chǎng)合，如煤礦行業(yè)，往往需要每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)均需要安裝全套設(shè)備，成本非常高；另外，紅外檢測(cè)技術(shù)固有的抗干擾能力差的缺陷。
[0005]鑒于此，克服以上現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器。
[0007]本實(shí)用新型的目的可通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種分布式光纖氣體傳感器，用于檢測(cè)待測(cè)氣體，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同之處在于，所述氣體傳感器包括:
[0009]具有溫度控制裝置的激光源，用于在溫度控制裝置的配合下發(fā)射被所述待測(cè)氣體高度吸收的預(yù)選波長(zhǎng)的激光束；
[0010]沿著激光發(fā)射方向依次設(shè)置的光環(huán)形器和氣體檢測(cè)裝置，激光源和光環(huán)形器通過(guò)光纖連接，光環(huán)形器和氣體檢測(cè)裝置通過(guò)光纖連接；所述氣體檢測(cè)裝置包括用于為所述待測(cè)氣體提供吸收容積的氣體吸收池，所述氣體吸收池內(nèi)設(shè)有全反射鏡，激光源的發(fā)射激光進(jìn)入氣體吸收池被待測(cè)氣體吸收后經(jīng)全反射鏡逆向反射；
[0011]通過(guò)光纖與所述光環(huán)形器連接的光電檢測(cè)器，用于在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)下檢測(cè)被全反鏡逆向反射的反射激光；以及
[0012]解調(diào)裝置，所述解調(diào)裝置通過(guò)比較在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)下檢測(cè)的反射激光的光功率與激光源的發(fā)射激光的光功率來(lái)計(jì)算光衰減并根據(jù)計(jì)算的光衰減來(lái)直接或間接地確定所述氣體吸收池中待測(cè)氣體的濃度、以及通過(guò)計(jì)算反射激光的接收時(shí)間與發(fā)射激光的發(fā)射時(shí)間的差來(lái)直接或間接地確定發(fā)射激光的傳播距離。
[0013]優(yōu)選地，所述氣體檢測(cè)裝置還包括光纖溫度傳感器，所述光纖溫度傳感器耦接至光纖并向所述解調(diào)裝置提供所述光纖的溫度信號(hào)以使所述解調(diào)裝置根據(jù)所述光纖的溫度變化來(lái)校正光衰減。
[0014]優(yōu)選地，所述氣體檢測(cè)裝置還包括光纖壓力傳感器，所述光纖壓力傳感器耦接至光纖并向所述解調(diào)裝置提供所述光纖的壓力信號(hào)以使所述解調(diào)裝置根據(jù)所述光纖的壓力變化來(lái)校正光衰減。
[0015]優(yōu)選地，所述氣體傳感器包括兩個(gè)激光源，分別發(fā)射被第一待測(cè)氣體高度吸收的第一預(yù)選波長(zhǎng)的激光束、和被第二待測(cè)氣體高度吸收的第二預(yù)選波長(zhǎng)的激光束；
[0016]所述氣體檢測(cè)裝置具有兩個(gè)氣體吸收池，分別用于為第一待測(cè)氣體和第二待測(cè)氣體提供吸收容積。
[0017]優(yōu)選地，所述光纖溫度傳感器、光纖壓力傳感器、第一個(gè)氣體吸收池和第二個(gè)氣體吸收池沿著激光出射方向通過(guò)光分路器依次并聯(lián)設(shè)置。
[0018]優(yōu)選地，所述第一待測(cè)氣體為甲烷，所述第二待測(cè)氣體為水汽，所述第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)為1563.7nm，所述第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)為1392nm。
[0019]優(yōu)選地，所述氣體傳感器還包括一顯示裝置。
[0020]優(yōu)選地，所述氣體傳感器還包括一報(bào)警裝置，用于在所述第一待測(cè)氣體濃度或第二待測(cè)氣體濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出報(bào)警。
[0021]優(yōu)選地，所述氣體傳感器包括多個(gè)氣體檢測(cè)裝置，所述多個(gè)氣體檢測(cè)裝置通過(guò)光纖沿著激光發(fā)射方向依次串聯(lián)設(shè)置。
[0022]優(yōu)選地，所述激光源為具有芯片的激光器，所述溫度控制裝置與所述芯片連接。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型的分布式光纖氣體傳感器利用光纖將氣體檢測(cè)裝置以及包括激光源、解調(diào)裝置、光電檢測(cè)器的主機(jī)部分進(jìn)行連接，出射激光以及反射激光均通過(guò)光纖在上述兩者之間傳播，適合于遠(yuǎn)距離的站點(diǎn)氣體傳感檢測(cè)。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的分布式光纖氣體傳感器可以用光纖將多個(gè)氣體檢測(cè)裝置和包括激光源、解調(diào)裝置、光電檢測(cè)器的主機(jī)部分進(jìn)行連接，多個(gè)氣體檢測(cè)裝置分布于不同的檢測(cè)站點(diǎn)，降低成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型的分布式光纖傳感器的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實(shí)用新型的分布式光纖傳感器的第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本實(shí)用新型的分布式光纖傳感器的第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0028]請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施方式中，分布式光纖氣體傳感器包括:主機(jī)部分1、氣體檢測(cè)裝置2、光環(huán)形器3和光纖4，其中，主機(jī)部分I包括:解調(diào)裝置
1-1、激光源1-2、光電檢測(cè)器1-3、顯示裝置和報(bào)警裝置，激光源1-2具有溫度控制裝置，其用于在溫度控制裝置的配合下發(fā)射被待測(cè)氣體高度吸收的預(yù)選波長(zhǎng)的激光束；光環(huán)形器3和氣體檢測(cè)裝置2沿著激光發(fā)射方向依次設(shè)置。激光源1-2發(fā)出的激光的波長(zhǎng)可以經(jīng)溫度控制裝置調(diào)制，使得激光的波長(zhǎng)覆蓋待測(cè)氣體吸收譜，預(yù)設(shè)波長(zhǎng)視需要檢測(cè)的氣體而定。
[0029]激光源1-2和光環(huán)形器3通過(guò)光纖4連接，光環(huán)形器3和氣體檢測(cè)裝置2通過(guò)光纖4連接；氣體檢測(cè)裝置2包括:光纖溫度傳感器2-1、光纖壓力傳感器2-2和氣體吸收池
2-3，光纖溫度傳感器2-1、光纖壓力傳感器2-2和氣體吸收池2-3沿著激光出射方向通過(guò)光分路器2-5依次并聯(lián)設(shè)置。
[0030]氣體吸收池2-3用于為待測(cè)氣體提供吸收容積，所述氣體吸收池2-3內(nèi)設(shè)有全反射鏡，激光源1-2的發(fā)射激光進(jìn)入氣體吸收池2-3被待測(cè)氣體吸收后經(jīng)全反射鏡逆向反射；光電檢測(cè)器1-3通過(guò)光纖4與光環(huán)形器3連接，光電檢測(cè)器1-3用于在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)下檢測(cè)被全反鏡逆向反射的反射激光，光電檢測(cè)器1-3將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在氣體吸收池2-3內(nèi)，發(fā)射激光空間傳輸并經(jīng)過(guò)反射鏡又返回光纖4內(nèi)，如果氣體吸收池2-3內(nèi)存在有待測(cè)氣體，則具有預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的發(fā)射激光被待測(cè)氣體吸收一部分，吸收的多少可以反映出待測(cè)氣體的濃度。
[0031]光環(huán)形器3實(shí)現(xiàn)激光正向通過(guò)時(shí)正常傳輸，激光反向通過(guò)時(shí)從另一根光纖4傳出到達(dá)光電檢測(cè)器1-3。
[0032]光分路器2-5實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射激光能量按一定比例分配，實(shí)際使用時(shí)通過(guò)挑選不同比例的光分路器2-5，實(shí)現(xiàn)到達(dá)氣體吸收池2-3的發(fā)射激光能量不低于最小值。發(fā)射激光經(jīng)過(guò)光纖4和光環(huán)形器3向外傳輸，到達(dá)氣體檢測(cè)裝置2時(shí)，光分路器2-5將該激光分成兩部分，一部分傳向光纖溫度傳感器2-1，一部分繼續(xù)傳輸，經(jīng)過(guò)第2個(gè)光分路器2-5，一部分傳向光纖壓力傳感器2-2，一部分繼續(xù)傳輸，經(jīng)過(guò)第3個(gè)光分路器2-5，一部分傳向氣體吸收池2-3。
[0033]解調(diào)裝置1-1通過(guò)比較在預(yù)設(shè)波長(zhǎng)下檢測(cè)的反射激光的光功率與激光源1-2的發(fā)射激光的光功率來(lái)計(jì)算光衰減并根據(jù)計(jì)算的光衰減來(lái)直接或間接地確定所述氣體吸收池中待測(cè)氣體的濃度、以及通過(guò)計(jì)算反射激光的接收時(shí)間與發(fā)射激光的發(fā)射時(shí)間的