一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统技术方案

一种基于二次谐波的多通道多点位气体检测系统，属光纤气体检测技术领域。系统采用覆盖同种气体多条吸收谱线或多种气体吸收谱线的宽带红外光源，典型选择有掺铒光纤放大自发辐射光源（ASE光源）和发光二极管（LED）；利用光纤布拉格光栅波长选择特性，将宽带红外光源按波长分为多个分别只覆盖某一种气体某一条吸收谱线的窄带光源；结合气体二次谐波检测技术实现对同种气体或多种气体的浓度的多通道多点位检测。本发明专利技术的显著优点在于该系统只用一个光源便可以同时检测多通道多点位的气体浓度，灵敏度高，结构简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于二次谐波的多通道多点位气体检测系统，属光纤气体检测
。系统采用覆盖同种气体多条吸收谱线或多种气体吸收谱线的宽带红外光源，典型选择有掺铒光纤放大自发辐射光源（ASE光源）和发光二极管（LED）；利用光纤布拉格光栅波长选择特性，将宽带红外光源按波长分为多个分别只覆盖某一种气体某一条吸收谱线的窄带光源；结合气体二次谐波检测技术实现对同种气体或多种气体的浓度的多通道多点位检测。本专利技术的显著优点在于该系统只用一个光源便可以同时检测多通道多点位的气体浓度，灵敏度高，结构简单，成本低。【专利说明】一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统
本专利技术涉及一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统，属光纤气体检测
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技术介绍
气体浓度检测是环境保护、生产制造、电力等领域一项不可或缺的工作。在众多检测技术中，基于红外吸收光谱技术的检测手段应用十分广泛，且随着分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器制作技术的不断成熟及此类激光器的商业化推广，可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术更成为气体检测技术中最常用的技术之一。但是，常规商用DFB激光器的电流可调谐波长范围只有约I纳米，而气体吸收谱线全线宽约为I纳米，该情况下一个DFB激光器可调谐波长范围只能覆盖一条气体吸收谱线，即一个DFB激光器只能作为某一种气体探测器的光源。中文核心期刊〈光通信技术>2009，第9期，47—49页，作者为余鑫、王洪海、赵磊、李珍珍，题为“多通道多气体光纤传感技术的研究”的文章中提出一种利用具有不同工作波长的DFB半导体激光器作为光源、应用光纤分路器分光实现多通道的可同时检测甲烷和一氧化碳浓度的光纤传感技术，具有高灵敏度、高精度、稳定性好等优点，但是，该系统需要采用多个具有不同工作波长的DFB激光器分别作为某一种气体的光源，在多组分气体检测时采用多个DFB激光器会使系统结构复杂、经济性差，并且与部分气体(如氮氧化物)吸收谱线对应的DFB激光器价格昂贵甚至极难获取，如此大大限制了可检测气体的种类。宽带红外光源和基于光纤布拉格光栅的分光技术为解决上述问题提供了基础。现有的宽带红外光源如掺铒光纤放大自发辐射光源和发光二极管均具有良好的输出特性、非常成熟的工艺和低廉的成本，在近红外甚至中红外可输出较大功率、宽波长范围的红外光；而光纤布拉格光栅因其出色的波长选择特性在温度、应变、振动等检测领域应用广泛，在此期间，人们对布拉格光栅中心波长的控制进行了长期不懈的研究，这为稳定分光提供了支持。
技术实现思路
为了克服现有多点位气体浓度检测方法存在的问题，本专利技术提出了一种基于宽带红外光源和光纤布拉格光栅的多通道多点位气体浓度检测系统。本专利技术的技术方案是按以下方式实现的:一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统，包括宽带红外光源、光开关、气体传感器阵列、终端设备，其特征在于宽带红外光源与光开关输入端相连，光开关控制端与终端设备相连，光开关的各路输出与气体传感器阵列相连接，气体传感器阵列输出端连接到终端设备；所述气体传感器阵列包括多个气体传感子系统和多个用于归一化的光电探测器，每个气体传感子系统包括三端口光纤环形器、光纤布拉格光栅、压电陶瓷片、信号发生器、光纤型气室、光电探测器、锁相放大器，其中光开关的一路输出端与第一个气体传感子系统中的三端口光纤环形器输入端相连，三端口光纤环形器第一输出端连光纤布拉格光栅；光纤布拉格光栅贴在压电陶瓷片上，压电陶瓷片与信号发生器相连；三端口光纤环形器第二输出端与光纤型气室相连，光纤型气室输出端连接到光电探测器的光输入端；光电探测器电信号输出端连接到锁相放大器的信号输入端，锁相放大器参考输入端与信号发生器相连，锁相放大器输出端连接到终端设备；光纤布拉格光栅输出端与下一个气体传感子系统中的三端口光纤环形器输入端相连，这样多个气体传感子系统串接成一个气体传感器系列，该气体传感器系列最末端一个气体传感子系统中的光纤布拉格光栅输出端连接到一个用于归一化的光电探测器的光输入端，此光电探测器的输出端连接到终端设备；光开关的多路输出端分别与多个气体传感器系列相连接后并行组成气体传感器阵列，其中的光纤布拉格光栅作为波长选择器件为多通道多点位监测网络提供不同波长的窄带光源；所述的宽带红外光源为掺铒光纤放大自发辐射光源或发光二极管。所述的终端设备是计算机。 所述的光电探测器是铟镓砷光电探测器。所述的信号发生器为中国UN1-T公司型号为UTG9005A的数字合成函数信号发生器。所述的锁相放大器为美国SIGNAL RECOVERY公司型号为7230的锁相放大器。本专利技术中，终端设备以扫描的方式控制光开关各路通断，形成多通道传感；每一个通道，利用多个具有不同中心波长的光纤布拉格光栅的波长选择特性将宽带红外光源按波长分为多个分别只覆盖某一种气体的某一条吸收谱线的窄带光源，形成的窄带光源作为多个点位气体检测的光源；利用二次谐波检测技术检测每一个点位气体浓度，具体实现过程为:信号发生器产生频率为f的电信号，该电信号加载压电陶瓷片控制端，压电陶瓷片以f频率周期性伸缩，进而带动光纤布拉格光栅周期性伸缩，使光纤布拉格光栅的工作波长在其原中心波长基础上以f频率周期变化，实现对光栅反射光的调制；光纤布拉格光栅反射的被调制的窄带红外光经光纤环形器传输至装有待测气体的气室，该红外光经气体吸收后传输至光电探测器进行光电转化；光电探测器输出电信号到锁相放大器信号输入端，另由信号发生器提供频率为f的参考信号给锁相放大器，经锁相检波过程将光电探测器输出的频率为2f的有用信号提取出来传输给终端设备。由于多数气体的红外吸收谱线不单一，且在某一段波长范围内存在多条吸收谱线，所以以上所述每个通道中多个点位的待测气体可为同一种气体，也可为不同种气体；根据需要，所述的红外宽带光源可为掺铒光纤放大自发辐射光源或发光二极管等。本专利技术的优点:二次谐波检测技术检测灵敏度高，应用范围广泛；本专利技术中所使用的宽带光源、压电陶瓷片控制技术以及光纤布拉格光栅调制技术均十分成熟，系统实现难度低，且成本低；一个光源便可以实现对多通道、多点位、多气体浓度同时检测，系统构建简单，在环境保护、工业生产等各领域具有很大的应用潜力。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术基于宽带光源的多通道多点位气体浓度检测系统结构示意框图。其中:1、宽带红外光源，2、光开关，3、终端设备，a、b、c等为各通道气体传感器阵列。图2是本专利技术气体传感器阵列中的一路气体传感器系列结构示意框图。其中:1、I1、111等为各点位气体传感子系统，4、三端口光纤环形器，5、光纤布拉格光栅，6、压电陶瓷片,7、信号发生器,8、光纤型气室，9、光电探测器，10、锁相放大器,11、光电探测器。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例1:如图1-2所示，一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统，包括宽带红外光源1、光开关2、气体传感器阵列、终端设备3，其特征在于宽带红外光源I与光开关2输入端相连，光开关2控制端与终端设备3相连，光开关2的各路输出与气体传感器阵列相连接，气体传感器阵列输出端连接到终端设备3 ；所述气体传感器阵列包括多个气体传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二次谐波检测技术的多通道多点位气体检测系统，包括宽带红外光源、光开关、气体传感器阵列、终端设备，其特征在于宽带红外光源与光开关输入端相连，光开关控制端与终端设备相连，光开关的各路输出与气体传感器阵列相连接，气体传感器阵列输出端连接到终端设备；?所述气体传感器阵列包括多个气体传感子系统和多个用于归一化的光电探测器，每个气体传感子系统包括三端口光纤环形器、光纤布拉格光栅、压电陶瓷片、信号发生器、光纤型气室、光电探测器、锁相放大器，其中光开关的一路输出端与第一个气体传感子系统中的三端口光纤环形器输入端相连，三端口光纤环形器第一输出端连光纤布拉格光栅；光纤布拉格光栅贴在压电陶瓷片上，压电陶瓷片与信号发生器相连；三端口光纤环形器第二输出端与光纤型气室相连，光纤型气室输出端连接到光电探测器的光输入端；光电探测器电信号输出端连接到锁相放大器的信号输入端，锁相放大器参考输入端与信号发生器相连，锁相放大器输出端连接到终端设备；光纤布拉格光栅输出端与下一个气体传感子系统中的三端口光纤环形器输入端相连，这样多个气体传感子系统串接成一个气体传感器系列，该气体传感器系列最末端一个气体传感子系统中的光纤布拉格光栅输出端连接到一个用于归一化的光电探测器的光输入端，此光电探测器的输出端连接到终端设备；光开关的多路输出端分别与多个气体传感器系列相连接后并行组成气体传感器阵列,其中的光纤布拉格光栅作为波长选择器件为多通道多点位监测网络提供不同波长的窄带光源。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永宁，常恒泰，常军，
申请(专利权)人：刘永宁，
类型：发明
国别省市：