CN206601331U - 基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置，这种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置包括窄带激光器、滤光片、半透半反镜、甲烷气室、反光镜、参考气室、光谱仪、计算机，窄带激光源、滤光片、半透半反镜依次间隔布置，反光镜与半透半反镜相应设置，半透半反镜的另一面设置第一准直镜、甲烷气室，甲烷气室充有甲烷；反光镜、第二准直镜、参考气室依次设置，甲烷气室和参考气室内均设置自聚焦透镜设置和带隙型光子晶体光纤，各带隙型光子晶体光纤末端均通过普通光纤连接光谱仪，光谱仪与计算机连接。本实用新型能够减小光纤的非线性，实现超低损耗，利用带隙型光子晶体的特性，实现甲烷气体浓度的检测。

Description

基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置

技术领域：

本实用新型涉及的是甲烷浓度检测装置，具体涉及的是基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置。

背景技术：

在工业生产过程中，有大量有毒有害、易燃易爆气体产生，特别是在矿井等通风不良或密闭的环境中，这些气体会在密闭的空间中积累。当积累到一定浓度时可能会对人的生命安全构成了极大的威胁，同时还有可能造成各种安全事故。甲烷是常见的易燃易爆气体和多种液体燃料的主要成分，而矿井瓦斯和天然气中的主要成分就是甲烷。瓦斯的存在使人窒息、遇火源爆炸，瓦斯爆炸还极易引起煤尘爆炸。在工业生产中，及时准确地对甲烷进行监控，预测，报警并采取对应处理措施，保证生产生活的有序进行，保障人民群众的生命和企业财产安全，已经成为石油化工，煤矿生产等行业急需解决的重要问题。

常用的气体成分监测方法有以下几种：化学分析法、气相色谱分析法、质谱分析法和光谱分析法。化学分析法是以化学反应为基础进行物质成分分析，这种方法普遍存在误差较大、灵敏度不高的缺点，浓度较低的气体很难得到精确的结果。气相色谱分析法是基于不同物质在两相(固定相和流动相)中具有不同的吸附系数，当两相作相对运动时，各物质会完全分离并由检测器依次进行检测，这种方法检测过程复杂，不便于实时监测。质谱分析法首先用电离装置把样品电离为离子，然后通过质量分析装置(质谱仪)将不同质荷比的离子分开，最后通过质谱图来实现样品的定性和定量测量。质谱仪结构复杂，对环境的温度和湿度要求很高，因此也很难实现大范围的推广。

发明内容：

本实用新型的目的是提供基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置，这种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置用于解决常用的气体监测方法及装置检测过程复杂，结构复杂的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置包括窄带激光源、滤光片、半透半反镜、甲烷气室、反光镜、参考气室、光谱仪、计算机，窄带激光源、滤光片、半透半反镜依次间隔布置，反光镜与半透半反镜相应设置，半透半反镜的另一面设置第一准直镜、甲烷气室，第一自聚焦透镜设置于甲烷气室内，甲烷气室内还设置有第一带隙型光子晶体光纤，第一带隙型光子晶体光纤的末端通过普通光纤连接光谱仪，甲烷气室充有甲烷；反光镜、第二准直镜、参考气室依次设置，第二自聚焦透镜设置于参考气室内，参考气室内还设置有第二带隙型光子晶体光纤，第二带隙型光子晶体光纤末端通过另一根普通光纤连接光谱仪，光谱仪与计算机连接；滤光片的中心、半透半反镜、第一准直镜、第一自聚焦透镜的中心在同一条直线上，第一自聚焦透镜的焦点位于第一带隙型光子晶体光纤前端面纤芯上；反光镜、第二准直镜、第二自聚焦透镜的中心在同一条直线上，第二自聚焦透镜的焦点位于第二带隙型光子晶体光纤前端面纤芯上。

上述方案中第一带隙型光子晶体光纤和第二带隙型光子晶体光纤均由二氧化硅包层包绕在纤芯外构成，纤芯为待测气体通道，二氧化硅包层包绕在待测气体通道外，二氧化硅包层内沿长度方向设置空气孔，空气孔为正六边形的，空气孔呈正方形排列。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过设置滤光片，结合甲烷吸收波长在1.66 µm和1.33 µm附近吸收强度好，将频率位于缺陷态范围的光子严格限制在纤芯内传输，不受硅基光纤中本征吸收和瑞利散射的影响，因此能够减小光纤的非线性，可以实现超低损耗；利用带隙型光子晶体的特性，可以实现甲烷气体浓度的检测。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型中带隙型光子晶体光纤的剖面图。

1窄带激光器， 2滤光片， 3半透半反镜， 4第一准直镜， 5第一自聚焦透镜， 6甲烷气室， 7第一带隙型光子晶体光纤，8反光镜， 9第二准直镜， 10第二自聚焦透镜，11参考气室， 12第二带隙型光子晶体光纤， 13普通光纤， 14光谱仪， 15计算机， 16待测气体通道， 17二氧化硅包层， 18空气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，这种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置包括窄带激光器1、滤光片2、半透半反镜3、甲烷气室6、反光镜8、参考气室11、光谱仪14、计算机15，窄带激光器1、滤光片2、半透半反镜3依次间隔布置，反光镜8与半透半反镜3相应设置，半透半反镜3的另一面设置第一准直镜4、甲烷气室6，第一自聚焦透镜5设置于甲烷气室6内，甲烷气室6内还设置有第一带隙型光子晶体光纤7，第一带隙型光子晶体光纤7的末端通过普通光纤13连接光谱仪14，甲烷气室6充有甲烷；反光镜8、第二准直镜9、参考气室11依次设置，第二自聚焦透镜10设置于参考气室11内，参考气室11内还设置有第二带隙型光子晶体光纤12，第二带隙型光子晶体光纤12末端通过另一根普通光纤13连接光谱仪14，另一路参考光经第二准直镜9、第二自聚焦透镜10、参考气室11后，通过普通光纤13将光导入光谱仪14，光谱仪14与计算机15连接；滤光片2的中心、半透半反镜3、第一准直镜4、第一自聚焦透镜5的中心在同一条直线上，第一自聚焦透镜5的焦点位于第一带隙型光子晶体光纤7前端面纤芯上；反光镜8、第二准直镜9、第二自聚焦透镜10的中心在同一条直线上，第二自聚焦透镜10的焦点位于第二带隙型光子晶体光纤12前端面纤芯上。

参阅图2，本实用新型中带隙型光子晶体光纤的纤芯为待测气体通道16，二氧化硅包层17包绕在待测气体通道16外，二氧化硅包层17内沿长度方向设置空气孔18，空气孔18为正六边形的，空气孔18呈正方形排列。

本实用新型采用单波长双光路法，窄带激光器1发出被测气体吸收峰处的单波长的光辐射，经半透半反镜3分成两路，一路通过甲烷气室6，另一路则通过不含被测气体的参考气室11，光谱仪14接收两路光信号后，通过数据采集卡转换成数字信号，传输给计算机15。

Claims (2)

1.一种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置，其特征在于：这种基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置包括窄带激光器（1）、滤光片（2）、半透半反镜（3）、甲烷气室（6）、反光镜（8）、参考气室（11）、光谱仪（14）、计算机（15），窄带激光器（1）、滤光片（2）、半透半反镜（3）依次间隔布置，反光镜（8）与半透半反镜（3）相应设置，半透半反镜（3）的另一面设置第一准直镜（4）、甲烷气室（6），第一自聚焦透镜（5）设置于甲烷气室（6）内，甲烷气室（6）内还设置有第一带隙型光子晶体光纤（7），第一带隙型光子晶体光纤（7）的末端通过普通光纤（13）连接光谱仪（14），甲烷气室（6）充有甲烷；反光镜（8）、第二准直镜（9）、参考气室（11）依次设置，第二自聚焦透镜（10）设置于参考气室（11）内，参考气室（11）内还设置有第二带隙型光子晶体光纤（12），第二带隙型光子晶体光纤（12）末端通过另一根普通光纤（13）连接光谱仪（14），光谱仪（14）与计算机（15）连接；滤光片（2）的中心、半透半反镜（3）、第一准直镜（4）、第一自聚焦透镜（5）的中心在同一条直线上，第一自聚焦透镜（5）的焦点位于第一带隙型光子晶体光纤（7）前端面纤芯上；反光镜（8）、第二准直镜（9）、第二自聚焦透镜（10）的中心在同一条直线上，第二自聚焦透镜（10）的焦点位于第二带隙型光子晶体光纤（12）前端面纤芯上。

2.根据权利要求1所述的基于光子带隙型光子晶体光纤的甲烷浓度检测装置，其特征在于：所述的第一带隙型光子晶体光纤（7）和第二带隙型光子晶体光纤（12）均由二氧化硅包层（17）包绕在纤芯外构成，纤芯为待测气体通道（16），二氧化硅包层（17）包绕在待测气体通道（16）外，二氧化硅包层（17）内沿长度方向设置空气孔（18），空气孔（18）为正六边形的，空气孔（18）呈正方形排列。