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一種實時校準(zhǔn)的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng)及方法

文檔序號:40641211發(fā)布日期:2025-01-10 18:47閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種實時校準(zhǔn)的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,該高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng)包括dfb激光器(1)、光開關(guān)(2)、單模光纖(3)、雙芯光纖(4)、參考池(5a)、探測池(5b)、探測光纖陶瓷插針(6a)、對比陶瓷插針(6b)、參考池擴散孔(7a)、探測池擴散孔(7b)、參考池透氣膜(8a)、探測池透氣膜(8b)、柔性聲波敏感膜片(9)、彈性橡膠薄膜(10)、寬譜光源(11)、光環(huán)形器(12)、光譜儀(13)和控制電路(14);

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述參考池(5a)和探測池(5b)內(nèi)部尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)完全一致,參考池(5a)內(nèi)部充滿已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)待測氣體;參考池(5a)和探測池(5b)以柔性聲波敏感膜片(9)所在平面為對稱平面并分隔兩個氣腔,探測光纖陶瓷插針(6a)和對比陶瓷插針(6b),參考池擴散孔(7a)和探測池擴散孔(7b)均對稱安裝。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述柔性聲波敏感膜片(9)為圓形,周圍均被緊密固定,表面平整無褶皺無縫隙。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述的探測光纖陶瓷插針(6a)和對比陶瓷插針(6b)為同類型光纖陶瓷插針,中心正對柔性聲波敏感膜片(9)的圓心,且距離柔性聲波敏感膜片(9)的距離相同,距離范圍為0.15mm-1mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述控制電路(14)包含光譜采集、信號解調(diào)鎖相和dfb激光器驅(qū)動的功能,內(nèi)部編寫基于白光干涉的光譜相位解調(diào)算法。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述的寬譜光源(11)是近紅外寬帶光源,中心波長為1550nm,譜寬不小于40nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng),其特征在于,所述的光譜儀(13)的波長范圍為1525-1570nm,幀速高于15khz。

8.一種實時校準(zhǔn)的高精度光纖光聲氣體傳感方法,其特征在于,激光通過光開關(guān)(2)分時入射到兩個結(jié)構(gòu)相同的參考池(5a)、探測池(5b),參考池(5a)、探測池(5b)中的一個通入標(biāo)準(zhǔn)氣體,另一個用于感測待測氣體濃度,并被一個柔性聲波敏感膜片(9)分隔;參考池(5a)、探測池(5b)上的參考池擴散孔(7a)、探測池擴散孔(7b)上對應(yīng)參考池透氣膜(8a)、探測池透氣膜(8b),且參考池的透氣膜5a上方被彈性橡膠薄膜(10)密封,當(dāng)環(huán)境溫度或壓強變化時,彈性橡膠薄膜(10)凸起或凹陷從而保證參考池(5a)和探測池(5b)內(nèi)部溫度和氣壓一致,使氣體檢測靈敏度相同;探測的光聲信號引起柔性聲波敏感膜片(9)振動,根據(jù)柔性聲波敏感膜片(9)與探測光纖陶瓷插針(6a)構(gòu)成的法布里-珀羅(f-p)腔長度的變化測量激發(fā)的光聲信號強度;當(dāng)激光入射到參考池(5a)中,檢測標(biāo)準(zhǔn)氣體光聲信號,對系統(tǒng)靈敏度預(yù)校準(zhǔn),當(dāng)激光入射到探測池(5b)中,檢測待測氣體激發(fā)的光聲信號并反演氣體濃度;具體步驟如下:


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光聲光譜氣體傳感技術(shù)領(lǐng)域,公開一種實時校準(zhǔn)的高精度光纖光聲氣體傳感系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)中的兩個結(jié)構(gòu)相同的擴散氣室并列放置并采用具有一定柔性的聲波敏感膜片隔離氣體,采用彈性薄膜密封參考池保證參考池內(nèi)氣體溫度與壓強同探測池中一致,通過檢測參考池中內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)氣體激發(fā)的光聲信號,對系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)簡單且可抵抗環(huán)境溫度壓強變化和光源功率衰減對檢測的影響,可有效解決傳統(tǒng)光纖光聲傳感器在高低溫或非常壓環(huán)境下精度劣變的問題,拓展光纖光聲傳感技術(shù)在環(huán)境應(yīng)用中的適應(yīng)范圍。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)光纖光聲探測裝置易受溫度壓強影響的問題,無需額外配備溫控裝置與穩(wěn)壓系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高以及可自校準(zhǔn)的優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員:陳珂,李辰溪,趙新瑜,齊宏超,徐裕富,韓笑,王珩
受保護(hù)的技術(shù)使用者:大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/1/9
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