CN101532952B - 一种光谱吸收型气体测量气室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光谱吸收型气体测量气室，在第一微型密闭腔顶部设置第一出气口，在第二微型密闭腔顶部设置第二出气口，第一出气口和第二出气口连接微型真空泵，单模光纤和第一段空芯光纤在第一微型密闭腔中连接，多模光纤和第二段空芯光纤在第二微型密闭腔中连接，第一段空芯光纤和第二段空芯光纤连接，探测光源经单模光纤进入第一段空芯光纤后、经第二段空芯光纤进入多模光纤中，再由多模光纤输出至光电探测器。本发明提供一种用于光谱吸收型气体测量气室。该气体测量气室具有体积小、易弯曲、耦合效率高、且可以通过增加光纤的长度来增加气体吸收光程等优点，提高环境气体在气体腔内的扩散、逃逸速度。
Description
技术领域：
本发明属于气体测量领域，涉及一种光谱吸收型气体测量气室。
背景技术：
测量气室是光谱吸收型光纤气体传感器的敏感元件，目前主要采用的方法主要有两种。
(1)单程气室：气室的两侧各安装一个光纤准直器。入射端光纤准直器将光纤中传输的光转换成近似平行光射入气室，出射端光纤准直器将经过气体吸收之后的光耦合进入光纤继续传输。光纤准直器的工作距离一般只有几十厘米，所以单程气室的气体吸收光程短，由此组建的气体检测系统灵敏度低。
(2)多次反射气室：多次反射气室是利用表面镀有高反射率反射膜的反射镜，使入射光在气室内部多次反射，延长气体吸收光程。多次反射气室气体吸收光程长，系统灵敏度高，但是多次反射气室耦合效率低，传输损耗大。同时其结构复杂，调试困难，且受环境的影响非常大(光程越长，影响程度越大)，实际应用难度较大。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光谱吸收型气体测量气室，包括单模光纤1、多模光纤2、第一微型密闭腔3、第二微型密闭腔4、第一段空芯光纤5、第二段空芯光纤6和微型真空泵7；在第一微型密闭腔3顶部设置第一出气口17，在第二微型密闭腔4顶部设置第二出气口18，第一出气口17和第二出气口18连接微型真空泵7，单模光纤1和第一段空芯光纤5在第一微型密闭腔3中连接，多模光纤2和第二段空芯光纤6在第二微型密闭腔4中连接，第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6连接，探测光源经单模光纤1进入第一段空芯光纤5后、经第二段空芯光纤6进入多模光纤2中，再由多模光纤2输出至光电探测器。
所述第一微型密闭腔3内部两端设置有密封活塞、单模光纤1的第四光纤接头13插入第二活动接头11的左端，第一段空芯光纤5的第三光纤接头12插入第二活动接头11的右端，通过第一移动推柄19控制第三光纤接头12和第四光纤接头13的连接或者断开。
所述第二微型密闭腔4内部两端设置有密封活塞、多模光纤2的第四光纤接头16插入第三活动接头14的左端，第二段空芯光纤6的第三光纤接头15插入第三活动接头14的右端，通过第二移动推柄20控制第三光纤接头15和第四光纤接头16的连接或者断开。
所述第一段空芯光纤5的第二光纤接头10插入第一活动接头8的左端，第二段空芯光纤6插入第一活动接头8的右端。
所述第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14都是开缝直套管。
一种光谱吸收型气体测量气室提高气体扩散速度的方法，包括如下步骤：
(1)打开第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14；
(2)使第一出气口17和第二出气口18同时与微型真空泵7连接，打开微型真空泵7抽气，使第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6的两端均产生压力差，使气体快速扩散进入第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6；
(3)第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6内部气体扩散均匀之后，关闭微型真空泵7、第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14，使探测光源经单模光纤1进入第一段空芯光纤5后、经第二段空芯光纤6进入多模光纤2中，再由多模光纤2输出至光电探测器。
本发明提供一种用于光谱吸收型气体测量气室。该气体测量气室具有体积小、易弯曲、耦合效率高、且可以通过增加光纤的长度来增加气体吸收光程等优点，提高环境气体在气体腔内的扩散、逃逸速度。
当连接头闭合时，光可以以较低传输损耗在腔内传输。打开时，连接头上的开缝可以使气体能够扩散进入空芯光纤。为加快气体在空芯光纤内的扩散、逃逸速度，在空芯光纤的中部断开，同样用活动接头将两端对接。
空芯光纤与单模光纤、多模光纤的接口部分分别放置在两个微型密闭腔内。通过微型真空泵抽取密闭腔内的空气，在两部分空芯光纤的两端均形成一定的压力差，从而加快待测气体向腔内的扩散速度。
附图说明：
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的活动接头示意图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1、2，一种光谱吸收型气体测量气室，包括单模光纤1、多模光纤2、第一微型密闭腔3、第二微型密闭腔4、第一段空芯光纤5、第二段空芯光纤6和微型真空泵7；在第一微型密闭腔3顶部设置第一出气口17，在第二微型密闭腔4顶部设置第二出气口18，第一出气口17和第二出气口18连接微型真空泵7，单模光纤1和第一段空芯光纤5在第一微型密闭腔3中连接，多模光纤2和第二段空芯光纤6在第二微型密闭腔4中连接，第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6连接，探测光源经单模光纤1进入第一段空芯光纤5后、经第二段空芯光纤6进入多模光纤2中，再由多模光纤2输出至光电探测器。
所述第一微型密闭腔3内部两端设置有密封活塞、单模光纤1的第四光纤接头13插入第二活动接头11的左端，第一段空芯光纤5的第三光纤接头12插入第二活动接头11的右端，通过第一移动推柄19控制第三光纤接头12和第四光纤接头13的连接或者断开。
所述第二微型密闭腔4内部两端设置有密封活塞、多模光纤2的第四光纤接头16插入第三活动接头14的左端，第二段空芯光纤6的第三光纤接头15插入第三活动接头14的右端，通过第二移动推柄20控制第三光纤接头15和第四光纤接头16的连接或者断开。
所述第一段空芯光纤5的第二光纤接头10插入第一活动接头8的左端，第二段空芯光纤6插入第一活动接头8的右端。
所述第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14都是开缝直套管。
一种光谱吸收型气体测量气室提高气体扩散速度的方法，包括如下步骤：
(1)打开第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14；
(2)使第一出气口17和第二出气口18同时与微型真空泵7连接，打开微型真空泵7抽气，使第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6的两端均产生压力差，使气体快速扩散进入第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6；
(3)第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6内部气体扩散均匀之后，关闭微型真空泵7、第一活动接头8、第二活动接头11和第三活动接头14，使探测光源经单模光纤1进入第一段空芯光纤5后、经第二段空芯光纤6进入多模光纤2中，再由多模光纤2输出至光电探测器。
第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6都是空芯光子晶体光纤，第一段空芯光纤5和第二段空芯光纤6长度均为1m，耦合效率大于80％，在5个大气压下，气体的均匀扩散至空芯光纤内部需要的时间为3分钟。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (2)
1.一种光谱吸收型气体测量气室，其特征在于，包括单模光纤(1)、多模光纤(2)、第一微型密闭腔(3)、第二微型密闭腔(4)、第一段空芯光纤(5)、第二段空芯光纤(6)和微型真空泵(7)；在第一微型密闭腔(3)顶部设置第一出气口(17)，在第二微型密闭腔(4)顶部设置第二出气口(18)，第一出气口(17)和第二出气口(18)连接微型真空泵(7)，单模光纤(1)和第一段空芯光纤(5)在第一微型密闭腔(3)中连接，多模光纤(2)和第二段空芯光纤(6)在第二微型密闭腔(4)中连接，第一段空芯光纤(5)和第二段空芯光纤(6)连接，探测光源经单模光纤(1)进入第一段空芯光纤(5)后，经第二段空芯光纤(6)进入多模光纤(2)中，再由多模光纤(2)输出至光电探测器；
所述第一微型密闭腔(3)内部两端设置有密封活塞，单模光纤(1)上的第四光纤接头(13)插入第二活动接头(11)的左端，第一段空芯光纤(5)上的第三光纤接头(12)插入第二活动接头(11)的右端，通过第一移动推柄(19)控制第一段空芯光纤(5)上的第三光纤接头(12)和单模光纤(1)上的第四光纤接头(13)的连接或者断开；
所述第二微型密闭腔(4)内部两端设置有密封活塞，多模光纤(2)上的第四光纤接头(16)插入第三活动接头(14)的左端，第二段空芯光纤(6)上的第三光纤接头(15)插入第三活动接头(14)的右端，通过第二移动推柄(20)控制第二段空芯光纤(6)上的第三光纤接头(15)和多模光纤(2)上的第四光纤接头(16)的连接或者断开；
所述第一段空芯光纤(5)的第二光纤接头(10)插入第一活动接头(8)的左端，第二段空芯光纤(6)插入第一活动接头(8)的右端；
所述第一活动接头(8)、第二活动接头(11)和第三活动接头(14)都是开缝直套管。
2.根据权利要求1所述的一种光谱吸收型气体测量气室提高气体扩散速度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)打开第一活动接头(8)、第二活动接头(11)和第三活动接头(14)；
(2)使第一出气口(17)和第二出气口(18)同时与微型真空泵(7)连接，打开微型真空泵(7)抽气，使第一段空芯光纤(5)和第二段空芯光纤(6)的两端均产生压力差，使气体快速扩散进入第一段空芯光纤(5)和第二段空芯光纤(6)；
(3)第一段空芯光纤(5)和第二段空芯光纤(6)内部气体扩散均匀之后，关闭微型真空泵(7)、第一活动接头(8)、第二活动接头(11)和第三活动接头(14)，使探测光源经单模光纤(1)进入第一段空芯光纤(5)后，经第二段空芯光纤(6)进入多模光纤(2)中，再由多模光纤(2)输出至光电探测器。
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