CN203287306U - 基于空芯pcf的efpi传感器的瓦斯检测系统 - Google Patents

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戴婳
姚夕林
聂梦雅
付学强
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Abstract

本实用新型公开了一种基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，包括有激光器，激光器的前方光路上设有光学发射装置，光学发射装置的前方光路上设有测量气室，测量气室的光出射端设有光学探测器，光学探测器的电信号输出端接入数据采集处理模块，数据采集处理模块的信号输出端接入计算机，测量气室采用空芯PCF的EFPI传感器；激光器发出的特定波长的光由光学发光装置发射到测量气室，光学探测器接收从测量气室出来的带有浓度信息的气体，并进行光电转换，将电信号传导到数据采集处理模块进行处理并将结果上传至计算机进行显示。本实用新型稳定可靠，实际操作性强，简单易行，受温度影响小，从而也就避免了所测数据之间的互相影响。

Description

基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统
技术领域
本实用新型涉及瓦斯检测领域，具体为一种基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统。
背景技术
近年来，随着国家对煤炭等能源产业的需求大幅增加，因此煤矿的开采深度也随之加大，在煤矿的安全事故中，瓦斯灾害的事故威胁最大，为预防瓦斯事故的发生，需进行瓦斯的监测监控，从而提高煤矿的安全及高效生产。
在分析和研究国内外煤矿瓦斯检测方法及传统的煤矿瓦斯检测系统的基础上，采用了一种基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测方法。 
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，以解决现有EFPI传感器受温度变化的影响导致被测参量相互之间交叉影响的问题和提高传感器的复用能力。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，其特征在于：包括有激光器，激光器连接有激光器控制电路，激光器的前方光路上设有光学发射装置，光学发射装置的前方光路上设有测量气室，测量气室的光出射端设有光学探测器，光学探测器的电信号输出端接入数据采集处理模块，数据采集处理模块的信号输出端接入计算机，所述的测量气室采用空芯PCF的EFPI传感器；激光器在激光器控制电路的作用下发出所需要的特定波长的光，再由光学发光装置发射到测量气室，光学探测器接收从测量气室出来的带有浓度信息的气体，并进行光电转换，将电信号传导到数据采集处理模块进行处理并将结果上传至计算机进行显示。
所述的基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，其特征在于：所述的空芯PCF的EFPI传感器即为空芯PCF的珐-珀干涉传感器，主要包括有空芯PCF，空芯PCF的两个端面分别连接有一根单模光纤。
空芯PCF的EFPI传感器由特殊的石英材料光纤制成，有此种材料制成的光纤材料具备独特的导光特征，与传统的光纤导光仅仅进行内部进行反射不同的是，本实用新型所采用特殊材料制成的光纤能很好的将光限制在光纤空芯内部进行传播，在传播过程中就大大减少了过程中的损耗，提高数据精度的同时也为增加腔长提供可能。
空芯PCF的EFPI传感器是由两种不同材质制成的光纤融合而成，首先标准的单模光纤被放在空芯光子晶体光纤的两个端面，空芯光子晶体光纤即为空芯PCF，为了可以提高对比度和减小耦合时的损耗，可以采用将Ti2O3镀在另一侧的单模光纤的端面上就可以很好的达到以上效果。由于腔长的增加，传感器空间上的复用能力也得到大幅提高。
本实用新型是把空芯PCF作为传感器的载体，其最大特点就是可以在高温环境中仍然具有良好的工作性能。空芯PCF不同于传统传感器材料，当外界温度升高时，传统传感器受温度影响较大，温度升高时会使传感器腔长发生变化从而影响测量结果。而空芯光子晶体在温度变化时只会引起腔外的光纤材料产生热膨胀。在温度从0℃上升到100℃的过程中，传感器腔长的总变量仅为48.02nm。同时，我们再计算出二氧化硅在温度上升的过程中，由于热膨胀效应发生的变化为47.89nm。前后数据相差极小，在允许的测量误差范围下，我们可以认为，温度变化仅仅引起了材料本身的热膨胀，并没有使得腔内部的空心结构发生变化。
本实用新型的优点是：
本实用新型稳定可靠，实际操作性强，简单易行，受温度影响小，从而也就避免了所测数据之间的互相影响；材料的优越性为传感器腔长的增加提供了可能性，同时也降低了在使用中的耦合损耗和传输损耗，大大提高了瓦斯浓度检测的准确度。
附图说明
图1为本实用新型所采用的空芯PCF的EFPI传感器的示意图。
图2为本实用新型的总体结构框图。
具体实施方式
如图1、2所示，基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，包括有激光器1，激光器1连接有激光器控制电路2，激光器1的前方光路上设有光学发射装置3，光学发射装置3的前方光路上设有测量气室4，测量气室4的光出射端设有光学探测器5，光学探测器5的电信号输出端接入数据采集处理模块6，数据采集处理模块6的信号输出端接入计算机7，测量气室4采用空芯PCF的EFPI传感器；激光器1在激光器控制电路2的作用下发出所需要的特定波长的光，再由光学发光装置3发射到测量气室4，光学探测器5接收从测量气室4出来的带有浓度信息的气体，并进行光电转换，将电信号传导到数据采集处理模块6进行处理并将结果上传至计算机7进行显示。
空芯PCF的EFPI传感器即为空芯PCF的珐-珀干涉传感器，主要包括有空芯PCF 8，空芯PCF 8的两个端面分别连接有一根单模光纤9。
从图1可以看出，本系统由七部分构成，：
1）激光器控制电路2：控制电路使得激光器的温度和频率保持一致并且稳定连续的提供测量光波。在实际的生产过程中，温度的变化对激光器发出的光波长是有影响的，因此需要激光器控制电路进行控制。
2）激光器1：激光器发出检测所需要的光。根据检测的需要，激光器发出的光到达光学发射装置时应该是准直的，因此在该激光器发出的光需要经过准直之后才能传输到光学发射装置。本实用新型采用的选用激光器的型号是MXSLD-CS65M5A。
3）光学发射装置3：光学发射装置将准直后的光发射到测量气室。
4）测量气室4：本实用新型所用气室是由F-P结构（如图1）构成的,它作为装载测量气体的工具。操作开始时保证里面的气体为空，操作过程中将待测量的甲烷气体充入到测量气室中，充入后关闭气室，进行测量，操作结束后，释放气体，保持吸收池的清洁，为下次测量做准备。
由于甲烷分子具有4个光谱吸收区，它们的波长分别为3.43、6.53、3.31和7.66μm。石英光纤仅在1.1～1.7μm近红外区域具有低损耗的传输特性。再排除水蒸气，二氧化碳等物质的光谱吸收问题，本实用新型采用的是1.33μm和1.66μm区域。
5）光学探测器5：接收由测量气室出来的带有气体浓度信息的光信号，进行光电转换，将电信号传导出去。本实用新型采用的为电荷耦合器件（CCD）。
6）数据采集处理模块6：处理带有浓度信息的电信号。
7）计算机7：将处理后的信号进行显示，记录实验结果和实验数据。

Claims (2)

1.基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，其特征在于：包括有激光器，激光器连接有激光器控制电路，激光器的前方光路上设有光学发射装置，光学发射装置的前方光路上设有测量气室，测量气室的光出射端设有光学探测器，光学探测器的电信号输出端接入数据采集处理模块，数据采集处理模块的信号输出端接入计算机，所述的测量气室采用空芯PCF的EFPI传感器；激光器在激光器控制电路的作用下发出所需要的特定波长的光，再由光学发光装置发射到测量气室，光学探测器接收从测量气室出来的带有浓度信息的气体，并进行光电转换，将电信号传导到数据采集处理模块进行处理并将结果上传至计算机进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于空芯PCF的EFPI传感器的瓦斯检测系统，其特征在于：所述的空芯PCF的EFPI传感器即为空芯PCF的珐-珀干涉传感器，主要包括有空芯PCF，空芯PCF的两个端面分别连接有一根单模光纤。
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CN110470625A (zh) * 2019-08-26 2019-11-19 中国计量大学 一种甲烷气体浓度检测装置

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