本申請涉及氣體濃度檢測，特別是涉及一種氣體濃度傳感系統(tǒng)和氣體濃度檢測方法。

背景技術：

1、傳感技術作為當前科技前沿之一，不僅是現(xiàn)代信息行業(yè)的重要支柱，也是推動科技創(chuàng)新的關鍵動力。它在各行業(yè)的應用潛力巨大，被廣泛認為是國內(nèi)外最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g之一。在這一領域，光纖傳感技術憑借其良好的抗電磁干擾能力和出色的傳感性能迅速崛起，并與光纖傳輸系統(tǒng)高度集成，備受關注。

2、作為光纖傳感技術的重要分支，光纖氣體傳感器在氣體檢測方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。與傳統(tǒng)電化學氣體傳感器相比，光纖氣體傳感器具有更快的響應速度和更高的靈敏度。憑借精準的氣體檢測能力和高效的數(shù)據(jù)傳輸，它們在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)安全和醫(yī)療診斷等領域展現(xiàn)出廣泛的應用潛力。這種傳感器的可靠性、實時性以及對復雜環(huán)境的適應性，為應對現(xiàn)實世界的多種挑戰(zhàn)提供了強有力的支持。

3、目前，光纖傳感技術主要依賴于器件的多樣性和解調(diào)系統(tǒng)來實現(xiàn)傳感。然而，由于光纖材料的惰性特性，它們在有效吸附氣體方面存在困難。此外，目前的傳感器多為單一氣體傳感器，難以適應現(xiàn)實環(huán)境中的復雜氣體混合情況。因此，傳統(tǒng)基于光纖傳感的氣體傳感系統(tǒng)無法同時測量多種氣體的氣體濃度。

技術實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種氣體濃度傳感系統(tǒng)和氣體濃度檢測方法，能夠同時測量多種氣體的氣體濃度。

2、本申請?zhí)峁┝艘环N氣體濃度傳感系統(tǒng)，包括：

3、多個石墨烯傾斜光纖光柵，每個石墨烯傾斜光纖光柵由傾斜光纖光柵以及單層石墨烯構成，單層石墨烯貼附在傾斜光纖光柵的光柵區(qū)域；

4、寬譜光源，用于產(chǎn)生寬譜光，并輸入多個石墨烯傾斜光纖光柵中；

5、光譜分析儀，用于對多個石墨烯傾斜光纖光柵各自透射出的光進行光譜分析，得到多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的光譜分析結果；

6、解調(diào)系統(tǒng)，用于獲取光譜分析儀發(fā)送的多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的光譜分析結果，并基于光譜分析結果，計算多種預設氣體的氣體濃度。

7、在其中一個實施例中，系統(tǒng)還包括多個偏振控制器；多個偏振控制器與多個石墨烯傾斜光纖光柵一一對應連接；每個偏振控制器用于調(diào)諧寬譜光在進入所連接的石墨烯傾斜光纖光柵時的偏振態(tài)。

8、在其中一個實施例中，寬譜光源的波長范圍覆蓋傾斜光纖光柵的諧振峰的中心波長的波長范圍。

9、在其中一個實施例中，多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的傾斜角度不同，且所述石墨烯傾斜光纖光柵的數(shù)量與所述預設氣體的種類數(shù)量相同。

10、在其中一個實施例中，解調(diào)系統(tǒng)還用于在每個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中確定目標包層模；根據(jù)每個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模和傾斜角度，確定每個石墨烯傾斜光纖光柵對多種預設氣體各自的靈敏度系數(shù)；根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的光譜分析結果，確定多種預設氣體的氣體濃度。

11、在其中一個實施例中，每個石墨烯傾斜光纖光柵對應的光譜分析結果包括目標包層模的諧振峰中心波長位置；解調(diào)系統(tǒng)還用于根據(jù)目標包層模的諧振峰中心波長位置，確定波長漂移；根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的波長漂移，確定多種預設氣體的氣體濃度。

12、在其中一個實施例中，解調(diào)系統(tǒng)還用于遍歷多個石墨烯傾斜光纖光柵，針對首個石墨烯傾斜光纖光柵，在首個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中確定首個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模；

13、針對第i個石墨烯傾斜光纖光柵，從第i個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中，確定與其他石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模的諧振峰均不混疊的多個候選包層模，并從多個候選包層模中確定第i個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模，其中，i為大于1的整數(shù)。

14、本申請?zhí)峁┝艘环N氣體濃度檢測方法，上述氣體濃度傳感系統(tǒng)，方法包括：

15、獲取多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的光譜分析結果；

16、基于光譜分析結果，計算多種預設氣體的氣體濃度。

17、在其中一個實施例中，基于光譜分析結果，計算多種預設氣體的氣體濃度，包括：

18、在每個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中確定目標包層模；

19、根據(jù)每個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模和傾斜角度，確定每個石墨烯傾斜光纖光柵對多種預設氣體各自的靈敏度系數(shù)；

20、根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的光譜分析結果，確定多種預設氣體的氣體濃度。

21、在其中一個實施例中，每個石墨烯傾斜光纖光柵對應的光譜分析結果包括目標包層模的諧振峰中心波長位置；根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的光譜分析結果，確定多種預設氣體的氣體濃度，包括：

22、根據(jù)目標包層模的諧振峰中心波長位置，確定波長漂移；

23、根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的波長漂移，確定多種預設氣體的氣體濃度。

24、上述氣體濃度傳感系統(tǒng)和氣體濃度檢測方法，通過將單層石墨烯貼附在傾斜光纖光柵的光柵區(qū)域構成石墨烯傾斜光纖光柵，利用石墨烯的對氣體分子的吸附能力，有利于提高氣體濃度的檢測精度；外界氣體分子的吸附會改變石墨烯的費米能級，不同氣體種類和濃度石墨烯透射影響也各不相同，從而導致傾斜光纖光柵包層模諧振峰中心波長的漂移；通過一個寬譜光源，可以同時監(jiān)測多個石墨烯傾斜光纖光柵器件特定的包層模諧振峰波長的偏移，從而實現(xiàn)了多種氣體的同時檢測。

技術特征：

1.一種氣體濃度傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括多個偏振控制器；多個偏振控制器與多個石墨烯傾斜光纖光柵一一對應連接；每個偏振控制器用于調(diào)諧所述寬譜光在進入所連接的石墨烯傾斜光纖光柵時的偏振態(tài)。

3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述寬譜光源的波長范圍覆蓋所述傾斜光纖光柵的諧振峰的中心波長的波長范圍。

4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的傾斜角度不同，且所述石墨烯傾斜光纖光柵的數(shù)量與所述預設氣體的種類數(shù)量相同。

5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)系統(tǒng)還用于在每個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中確定目標包層模；根據(jù)每個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模和傾斜角度，確定每個石墨烯傾斜光纖光柵對多種預設氣體各自的靈敏度系數(shù)；根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的光譜分析結果，確定多種預設氣體的氣體濃度。

6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個石墨烯傾斜光纖光柵對應的光譜分析結果包括所述目標包層模的諧振峰中心波長位置；所述解調(diào)系統(tǒng)還用于根據(jù)所述目標包層模的諧振峰中心波長位置，確定波長漂移；根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的波長漂移，確定多種預設氣體的氣體濃度。

7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)系統(tǒng)還用于遍歷多個石墨烯傾斜光纖光柵，針對首個石墨烯傾斜光纖光柵，在所述首個石墨烯傾斜光纖光柵的多個包層模中確定所述首個石墨烯傾斜光纖光柵的目標包層模；

8.一種氣體濃度檢測方法，其特征在于，應用于權利要求1-7所述的氣體濃度傳感系統(tǒng)，所述方法包括：

9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述光譜分析結果，計算多種預設氣體的氣體濃度，包括：

10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，每個石墨烯傾斜光纖光柵對應的光譜分析結果包括所述目標包層模的諧振峰中心波長位置；所述根據(jù)多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的多個靈敏度系數(shù)和各自對應的光譜分析結果，確定多種預設氣體的氣體濃度，包括：

技術總結
本申請涉及一種氣體濃度傳感系統(tǒng)和氣體濃度檢測方法。所述系統(tǒng)包括：多個石墨烯傾斜光纖光柵，每個石墨烯傾斜光纖光柵由傾斜光纖光柵以及單層石墨烯構成，單層石墨烯貼附在傾斜光纖光柵的光柵區(qū)域；寬譜光源，用于產(chǎn)生寬譜光，并輸入多個石墨烯傾斜光纖光柵中；光譜分析儀，用于對多個石墨烯傾斜光纖光柵各自透射出的光進行光譜分析，得到多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的光譜分析結果；解調(diào)系統(tǒng)，用于獲取光譜分析儀發(fā)送的多個石墨烯傾斜光纖光柵各自對應的光譜分析結果，并基于光譜分析結果，計算多種預設氣體的氣體濃度。采用本系統(tǒng)能夠同時測量多種氣體的氣體濃度。

技術研發(fā)人員：孫鐵鵬,董飛龍,云昌盛,覃智賢,梁水康
受保護的技術使用者：中國南方電網(wǎng)有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6