CN109406450A - 多次吸收式微量气体检测系统 - Google Patents

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Abstract

多次吸收式微量气体检测系统，属于光纤气体传感技术领域。包括光源、声光调制器、2*2光开关、气室等。温控电流源连接到光源，光源连接到声光调制器输入端，声光调制器输出端连接到2*2光开关的a输入端，2*2光开关的b输出端连接到光电探测器的输入端，2*2光开关的c输入端和d输出端与气室连接，由2*2光开关和气室组成气体吸收环形腔；光电探测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接计算机。声光调制器和2*2光开关的信号端分别连接到信号发生器。本发明系统实现了气体吸收光程的增加，提高了检测精度，同时具有结构简单，光损耗低等优点。

Description

多次吸收式微量气体检测系统
技术领域
本发明涉及一种长光程微量气体检测技术，具体讲的是一种多次吸收式微量气体检测系统。属于光纤气体传感技术领域。
背景技术
可调谐半导体激光吸收光谱技术是基于光电转换过程的高灵敏度痕量气体检测技术。当调制激光与待测气体相互作用时，气体分子产生选择性吸收，相应波长的激光被部分吸收，透射光强度降低，用数字信号处理等方法获得吸收后的光强度信息，进而拟合反演气体浓度。根据比尔朗伯定律，增大气体的吸收光程可以提高检测精度。
申请号为CN201310441096.0、申请人为河南省日立信股份有限公司的发明《带微调机构的长光程气体检测装置》提出了一种采用多次反射提高光程的方法，该方法使用微调反射镜以保证光路的精准，但对仪器的摆放位置和精密程度有很高的要求。
因而，设计一种多次吸收式微量气体检测系统具有重要的应用价值。
发明内容
为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种多次吸收式微量气体检测系统。
本发明的技术方案是按以下方式实现的：
一种多次吸收式微量气体检测系统，包括温控电流源、光源、声光调制器、信号发生器、2*2光开关、气室、光电探测器、跨阻放大器、数据采集卡、计算机，其特征在于温控电流源连接到光源，光源通过光纤和声光调制器输入端相连接，声光调制器输出端通过光纤连接到2*2光开关的a输入端，2*2光开关的b输出端通过光纤连接到光电探测器的输入端，2*2光开关的c输入端和d输出端通过光纤分别与气室连接，由2*2光开关和气室组成气体吸收环形腔；光电探测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接计算机；声光调制器和2*2光开关的信号端分别连接到信号发生器。
所述的光源为半导体激光器。
所述的2*2光开关为磁光开关。
本发明检测系统工作过程如下：将上述检测系统连接并调试好，在气室中充入待测气体，温控电流源连接到光源以控制其驱动电流和温度，光源出射的确定波长即对应于待测气体吸收峰处波长的激光经过声光调制器后形成激光脉冲，信号发生器发出的信号控制声光调制器，同时通过改变外加磁场来切换光路，达到控制2*2光开关连接方式的目的。激光脉冲到来时，2*2光开关的a、d端口接通，b、c端口接通，激光脉冲进入气体吸收环形腔内；当2*2光开关切换光路为平行连接方式后，其a、b端口和c、d端口分别接通，激光脉冲在气体吸收环形腔内循环，激光脉冲在气室中被待测气体多次吸收；当2*2光开关再次切换光路后光路改为交叉连接方式，即2*2光开关的a、d端口接通，b、c端口接通。经待测气体多次吸收后的激光脉冲进入光电探测器的输入端，同时新的激光脉冲进入气体吸收环形腔，继续循环。激光脉冲信号在光电探测器上产生电流信号，跨阻放大器将电流信号转为电压信号，经数据采集卡采集后，在计算机上得到吸收后的光强度信息，进而拟合反演为待测气体浓度。
本发明系统实现了气体吸收光程的增加，提高了检测精度，同时具有结构简单，光损耗低等优点。
附图说明
图1为本发明检测系统的结构示意图。
其中：1.温控电流源，2.光源，3.声光调制器，4.信号发生器，5. 2*2光开关，6.气室，7.光电探测器，8.跨阻放大器，9.数据采集卡，10.计算机。
图2为本发明检测系统的2*2光开关的两种不同连接方式，左侧图示为平行连接，右侧图示为交叉连接；其中，a、b、c、d为2*2光开关的四个端口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种多次吸收式微量气体检测系统，包括温控电流源1、光源2、声光调制器3、信号发生器4、2*2光开关5、气室6、光电探测器7、跨阻放大器8、数据采集卡9、计算机10，其特征在于温控电流源1连接到光源2，光源2通过光纤和声光调制器3输入端相连接，声光调制器3输出端通过光纤连接到2*2光开关5的a输入端，2*2光开关5的b输出端通过光纤连接到光电探测器7的输入端，2*2光开关5的c输入端和d输出端通过光纤分别与气室6连接，由2*2光开关5和气室6组成气体吸收环形腔；光电探测器7的输出端连接跨阻放大器8的输入端，跨阻放大器8的输出端连接数据采集卡9，数据采集卡9连接计算机10。声光调制器3和2*2光开关5的信号端分别连接到信号发生器4。
所述的光源2为半导体激光器，其型号为TL-DFB--A8-W,其中心波长为1530nm，对应乙炔的气体吸收峰。
本发明检测系统工作过程如下：将上述检测系统连接并调试好，在气室6中充入待测气体乙炔。温控电流源1连接到光源2以控制其驱动电流和温度，光源2出射的确定波长即对应于待测气体吸收峰处波长的激光经过声光调制器3后形成激光脉冲，信号发生器4发出的信号控制声光调制器3，同时通过改变外加磁场来切换光路，达到控制2*2光开关连接方式的目的。激光脉冲到来时，信号发生器4控制2*2光开关5的a、d端口接通，同时b、c端口接通，激光脉冲进入气体吸收环形腔内；当2*2光开关切换光路为平行连接方式后，其a、b端口接通，c、d端口接通，激光脉冲在气体吸收环形腔内循环，激光脉冲在气室中被待测气体多次吸收；当2*2光开关再次切换光路后光路改为交叉连接方式，即2*2光开关的a、d端口接通，b、c端口接通。经待测气体多次吸收后的激光脉冲进入光电探测器的输入端，同时新的激光脉冲进入气体吸收环形腔，继续循环。激光脉冲信号在光电探测器上产生电流信号，跨阻放大器将电流信号转为电压信号，经数据采集卡采集后，在计算机上得到吸收后的光强度信息，进而拟合反演为乙炔气体浓度。
实施例2：
和实施例1相同，只是所述的激光器型号为ZG-1512,中心波长为1512nm，对应氨气的气体吸收峰。气室6中充入的待测气体为氨气。

Claims (3)

1.一种多次吸收式微量气体检测系统，包括温控电流源、光源、声光调制器、信号发生器、2*2光开关、气室、光电探测器、跨阻放大器、数据采集卡、计算机，其特征在于温控电流源连接到光源，光源通过光纤和声光调制器输入端相连接，声光调制器输出端通过光纤连接到2*2光开关的a输入端，2*2光开关的b输出端通过光纤连接到光电探测器的输入端，2*2光开关的c输入端和d输出端通过光纤分别与气室连接，由2*2光开关和气室组成气体吸收环形腔；光电探测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接计算机；声光调制器和2*2光开关的信号端分别连接到信号发生器。
2.如权利要求1所述的一种多次吸收式微量气体检测系统，其特征在于所述的光源为半导体激光器。
3.如权利要求1所述的一种多次吸收式微量气体检测系统，其特征在于所述的2*2光开关为磁光开关。
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