CN209640197U - 带有参考气室的光声气体浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了带有参考气室的光声气体浓度检测装置，包括整个壳体装置，所述壳体左侧外侧壁安装有光纤固定器，所述光纤固定器另一侧侧壁安装有光纤耦合器，所述壳体内部设有待测气室和参考气室，所述待测气室与参考气室两端均设有缓冲区，所述缓冲区与壳体内部侧壁固定连接。本实用新型该装置对传统的光声反应气室做了大幅度的改进，依靠参考气室消除各种外界干扰对光声信号，尤其是激光的功率波动对测试结果的影响。

Description

带有参考气室的光声气体浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及带有参考气室的光声气体浓度检测装置。

背景技术

气体浓度的检测方法按照原理可分为非光谱法和光谱法。由于需要对待测气体进行采样，非光谱法检测响应时间长，无法实时监测，同时受外部环境影响较大，像温度、压强、震动等因素对测量结果较大，尤其当气体浓度分布不均匀时，测量结果误差很大，应对实际的工农业现场环境时，设备的制造和维护成本很高，性价比较低，且大部分气体无法实现浓度测量。光谱法是目前较常用的气体浓度检测方法，该方法无需对气体进行采样，可以实时快速测量，同时，具有灵敏度较高、测量的范围很广、可连续工作等优点，可以应用于复杂的工业现场环境当中。

现有的检测方法容易受到其它气体成分的干扰及光纤衰减的影响，检测的稳定性差。为此，我们提出带有参考气室的光声气体浓度检测装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中检测方法受到其他气体成分的干扰及光纤衰减的影响，检测稳定性差的问题，而提出的带有参考气室的光声气体浓度检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

带有参考气室的光声气体浓度检测装置，包括整个壳体装置，所述壳体左侧外侧壁安装有光纤固定器，所述光纤固定器另一侧侧壁安装有光纤耦合器，所述壳体内部设有待测气室和参考气室，所述待测气室与参考气室两端均设有缓冲区，所述缓冲区与壳体内部侧壁固定连接。

优选地，所述待测气室上设有第一微音器，所述参考气室为第二微音器，所述第二微音器的输出端连接有第一前置放大器，所述第一前置放大器连接有第一锁相放大器，所述第一微音器的输出端连接有第二前置放大器，所述第二前置放大器连接有第二锁相放大器。

优选地，所述光纤固定器与壳体的连接处设有两个光纤准直器。

优选地，所述参考气室两端的两个所述缓冲区分别设有参考气室进气口和参考气室出气口，待测气室两端的两个所述缓冲区分别设有待测气室进气口和待测气室出气口。

优选地，所述第一锁相放大器和第二锁相放大器共同连接有数据采集卡，所述数据采集卡连接有电脑，所述电脑连接有激光器驱动，所述激光器驱动连接有激光器，所述激光器与光纤耦合器连接。

优选地，所述参考气室进气口和参考气室出气口，以及待测气室进气口和待测气室出气口均贯穿壳体内部，且相互连通。

本实用新型具有以下有益效果：

该装置的优势在于：1、光纤固定器输出到两个气室的光路是固定的，即光纤固定器通过光纤，输出到两个气室的光路长度，以及光纤弯曲度是固定的，除了二者的光功率不同外，其他参数均一致。

2、参考气室能从根本上消除功率波动对待测信号的影响，原因在于，从待测音叉气室与参考音叉气室采集气体的二次谐波幅值之比等于两者的理论光声信号(与气体浓度有关)之比，两者的二次谐波幅值之比可由数据采集卡采集，并由电脑显示，且参考气室浓度为一个固定值，由此可以得到待测气体的浓度。

3、两路光声信号同时参与解调，减少了系统响应时间。

该装置对传统的光声反应气室做了大幅度的改进，依靠参考气室消除各种外界干扰对光声信号，尤其是激光的功率波动对测试结果的影响；另外，由光纤耦合器到两气室的激光准直器之间，光纤的弯曲度可以调整，光纤弯曲度也会影响光功率，进而影响光声信号，将两个气室安装在同一个装置内，可降低光纤弯曲对光声信号的影响；装置采用双路解调方案，并进一步提升系统响应时间。该装置设计灵活、易于实现，可针对不同的气体重新确认该装置的一些参数，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型提出的带有参考气室的光声气体浓度检测装置的结构示意图。

图中：1光纤耦合器、2光纤固定器、3光纤准直器、4待测气室进气口、5待测气室、6第一微音器、7第二微音器、8待测气室出气口、9缓冲区、10参考气室、11参考气室进气口、12参考气室出气口、13第一前置放大器、14第二前置放大器、15第一锁相放大器、16第二锁相放大器、17数据采集卡、18电脑、19激光器驱动、20激光器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1，带有参考气室的光声气体浓度检测装置，包括整个壳体装置，壳体左侧外侧壁安装有光纤固定器2，光纤固定器2与壳体的连接处设有两个光纤准直器3，光纤固定器2另一侧侧壁安装有光纤耦合器1，壳体内部设有待测气室5和参考气室10，待测气室5与参考气室10两端均设有缓冲区9，参考气室10两端的两个缓冲区9分别设有参考气室进气口11和参考气室出气口12，待测气室5两端的两个缓冲区9分别设有待测气室进气口4和待测气室出气口8，参考气室进气口11和参考气室出气口12，以及待测气室进气口4和待测气室出气口8均贯穿壳体内部，且相互连通。缓冲区9与壳体内部侧壁固定连接，待测气室5上设有第一微音器6，参考气室10上设有第二微音器7，第二微音器7的输出端连接有第一前置放大器13，第一前置放大器13连接有第一锁相放大器15，第一微音器6的输出端连接有第二前置放大器14，第二前置放大器14连接有第二锁相放大器16，第一锁相放大器15和第二锁相放大器16共同连接有数据采集卡17，数据采集卡17连接有电脑18，电脑18连接有激光器驱动19，激光器驱动19连接有激光器20，激光器20与光纤耦合器1连接，激光器20发射的激光信号经光纤耦合器1分光之后经光纤固定器2分别进入参考气室10和待测气室5，二者产生的光声信号由第二微音器7和第一微音器6检测并输出，并将采集到的的电信号依次向下传递，第一微音器6将信号通过第二前置放大器14和第二锁相放大器16传送到数据采集卡17，第二微音器7将信号通过第一前置放大器13和第一锁相放大器15传送到数据采集卡17，分别参与信号解调，最终信号回到激光器20。

本实用新型中，主要应用在基于光声光谱的多点气体检测中，激光器20发射的激光信号经光纤耦合器1分光之后经光纤固定器2分别进入参考气室10和待测气室5，二者产生的光声信号由第二微音器7和第一微音器6检测并输出，并将采集到的的电信号依次向下传递，分别参与信号解调，最终信号回到激光器20。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.带有参考气室的光声气体浓度检测装置，包括整个壳体装置，其特征在于，所述壳体左侧外侧壁安装有光纤固定器(2)，所述光纤固定器(2)另一侧侧壁安装有光纤耦合器(1)，所述壳体内部设有待测气室(5)和参考气室(10)，所述待测气室(5)与参考气室(10)两端均设有缓冲区(9)，所述缓冲区(9)与壳体内部侧壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的带有参考气室的光声气体浓度检测装置，其特征在于，所述待测气室(5)上设有第一微音器(6)，所述参考气室(10)为第二微音器(7)，所述第二微音器(7)的输出端连接有第一前置放大器(13)，所述第一前置放大器(13)连接有第一锁相放大器(15)，所述第一微音器(6)的输出端连接有第二前置放大器(14)，所述第二前置放大器(14)连接有第二锁相放大器(16)。

3.根据权利要求1所述的带有参考气室的光声气体浓度检测装置，其特征在于，所述光纤固定器(2)与壳体的连接处设有两个光纤准直器(3)。

4.根据权利要求1所述的带有参考气室的光声气体浓度检测装置，其特征在于，所述参考气室(10)两端的两个所述缓冲区(9)分别设有参考气室进气口(11)和参考气室出气口(12)，待测气室(5)两端的两个所述缓冲区(9)分别设有待测气室进气口(4)和待测气室出气口(8)。

5.根据权利要求2所述的带有参考气室的光声气体浓度检测装置，其特征在于，所述第一锁相放大器(15)和第二锁相放大器(16)共同连接有数据采集卡(17)，所述数据采集卡(17)连接有电脑(18)，所述电脑(18)连接有激光器驱动(19)，所述激光器驱动(19)连接有激光器(20)，所述激光器(20)与光纤耦合器(1)连接。

6.根据权利要求4所述的带有参考气室的光声气体浓度检测装置，其特征在于，所述参考气室进气口(11)和参考气室出气口(12)，以及待测气室进气口(4)和待测气室出气口(8)均贯穿壳体内部，且相互连通。