CN1180236C - 光纤气敏传感检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型光纤气敏传感检测方法及测量装置。其特征在于采用定波长检测和“反射-滤光”式测量技术对单波长光的强度进行测量。光源发出的光经过气室并与待测气体作用后到达布拉格光纤光栅，特定波长的光被光栅反射，其余的光则通过光栅。通过检测反射的光就可测定待测气体的浓度。本发明具有抗干扰能力强、检测精度高、使用寿命长、制作简单、成本低等特点，非常适用于各种环境(尤其是易燃易爆环境)中对气体的在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号检测技术，提供一种光纤气敏传感检测方法及装置。
背景技术
对于碳氢化合物、一氧化碳等气体的检测在环境控制、石油、化工、矿井、建筑材料、冶金等领域都非常重要。传统用于检测有关气体的气敏传感器大多数通过其探头的电阻或电容变化来测定气体浓度，其灵敏度低，抗干扰能力差，而且在石油、化工等易爆环境中使用变类传感器还会带来安全方面的隐患。
目前人们研究的检测碳氢化合物、一氧化碳等气体的光纤气敏传感器主要是基于光吸收原理。由于不同气体分子化学结构不同，会对不同波长的光产生较强的吸收，并且吸收的程度与气体的浓度具有定量的关系。通过检测气体对特定波长光的吸收程度，就可检测气体的浓度。但这类传感器存在以下几个问题：(1)因为特定的气体只对特定波长的光具有吸收，所以必须采用具有特定波长和相当功率的单色激光器光源，通常其价格比较昂贵。(2)若采用具有一定波长范围LED作为光源，则由光源发生的光通过气室后必须进行滤光，将其它波长的光滤掉，然后通过光电转换等技术检测特定波长的光被气体吸收的程度。而要达到滤光的目的，需要特殊的滤光镜片和其它元件，其装置复杂，成本较高；(3)在实际应用场合，待测气体中混有大量其它杂质，采用滤光镜片进行滤光时，镜片易被污染，影响检测效果。由于吸收型光纤气敏传感器存在以下问题，严重地影响其实用化进程，这是该类传感器至今未能实现产品化的主要原因。
发明内容
本发明针对现有气敏传感器及光纤气敏传感器存在的上述问题，提出下述解决问题的技术方案。一种光纤气敏传感检测方法，在于采用与待测气体吸收波长相应的波长检测和“反射滤光”式测量技术对单波长光的强度进行测量，由光源发出的光通过含有待测气体的气室，通过气室的光再通过布拉格光纤光栅，与待测气体吸收波长相应的波长的光被反射，其余的光则通过布拉格光纤光栅，被反射的光经过光纤分路器到达光电转换系统，就可检测与待测气体吸收波长相应的波长光的强度，再可换算出待测气体的浓度。本发明的工作原理是由光源发出具有相当功率和合适波长范围的光，经过气室并与待测气体作用，特定波长的光吸收后其强度减弱。经过气室的光到达布拉格光纤光栅，特定波长的光被光栅反射，其余的光则通过光栅。反射的光经过光分路器到达光电转换器转换为电信号，由二次仪表计算出待测气体的浓度。
本发明的滤光系统采用布拉格光纤光栅对特定波长的光进行反射来进行滤光，可以大大简化滤光系统，大幅度降低成本。布拉格光纤光栅只对特定波长的光进行反射，其它波长的光均可能过，只要光栅的栅距与特定的波长相匹配，发光元件的波长范围包含待测光的波长，即可作为光源。这样就扩大了光源的选择范围，降低了成本。布拉格光纤光栅外面有防护套，有效地保护了光栅不被污染，可以长时间使用，提高了检测系统的使用寿命。控制好布拉格光纤光栅的制备条件，可使其栅距与待测光的波长很好地匹配，使待测光全部反射，提高检测系统的检测精度，特别需要强调的是，由于检测的对象是已知气体，具有已知吸收波长，所以本发明是采用定波长检测技术，而不是采用扫描的方法进行检测，从而大大简化了整个检测系统的结构，显著地降低了成本。
附图说明
图1 本发明新型光纤气敏传感器检测方法原理图
图2 本发明新型光纤气敏传感器测量装置结构示意图
其中，1-宽带光源，2-输入光纤，3-气室，4-进气咀，5-出气咀，6-布拉格光纤光栅，7-光电转换器，8-二次仪表，9-透镜(I)，10-透镜(II)，11-防护套，12-光纤分路器，13-输出光纤
具体实施方式
参照图1、图2，本发明提供一种新型光纤气敏传感检测方法及测量装置。检测方法采用定波长检测和“反射-滤光”式测量技术对单波长光的强度进行测量，由光源发出的光通过气室并与待测气体作用，特定波长的光被吸收后强度减弱，布拉格光纤光栅将特定波长的光反射，其余的光则通过布拉格光纤光栅，被反射的光经过光纤分路器到达光电转换系统，就可检测特定波长光的强度，再换算出待测气体的浓度。测量装置的组成由光源1、输入光纤2一端与光源1相连，另一端与透镜9相连。中间固定在气室3一端，气室3内设有气咀4及排气咀5，气室3另一端接输出光纤13，输出光纤13一端位于气室3内交接透镜10，另一端连接布拉格光栅6，其栅距与待测光波长严格匹配，光栅6外部装有防护套11，输出光纤13出气室3后接光纤分路器12，光电转换器7分别与光纤分路器12及二次仪表8相连。
Claims (2)
1.一种新型光纤气敏传感检测方法，其特征在于由光源发出的光通过含有待测气体的气室，经过气室的光再通过布拉格光纤光栅，特定波长的光被反射，其余的光则通过布拉格光纤光栅，被反射的光经过光纤分路器到达光电转换系统并转换为电信号，检测特定波长光的强度，采用二次仪表计算出待测气体的浓度。
2.一种新型光纤气敏传感测量装置，其特征在于组成由光源1，输入光纤2一端与光源1相连，另一端与第一透镜9相连，中间段固定在气室3一端，气室3内设有进气咀4及排气咀5，气室3的另一端接输出光纤13，输出光纤13一端位于气室3内并接第二透镜10，另一端连接布拉格光栅6，其栅距与待测光波长严格匹配，光栅6外部装有防护套11。输出光纤13出气室3后接光纤分路器12，光电转换器7分别与光纤分路器12及二次仪表8相连。
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