分布式光纖氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式光纖氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，隨著對環(huán)境安全的要求日益高漲，各種氣體檢測技術(shù)層出不窮，其中TDLAS(可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)技術(shù)以其抗干擾能力強(qiáng)，精度高，壽命長等優(yōu)良的特性而成為研宄熱點。光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體，但是紅外檢測技術(shù)由于是使用的寬光譜，在光譜內(nèi)的所有有吸收峰的氣體都會與光束發(fā)生作用，使得其抗干擾能力較差，如甲烷檢測方面，難以解決水氣的干擾導(dǎo)致實際應(yīng)用有限。
[0003]光學(xué)式氣體傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測試分析氣體，具有自動校正、自動運行的功能，精度高，反應(yīng)快，同時因為它的結(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價高，主要應(yīng)用于石油、采礦、半導(dǎo)體工業(yè)等工礦企業(yè)以及家庭中環(huán)境檢測和控制。在石油、石化、采礦工業(yè)中，硫化氫、一氧化碳、氯氣、甲烷和可燃的碳?xì)浠衔锸侵饕獧z測氣體。在半導(dǎo)體工業(yè)中最主要是檢測磷、砷和硅烷。家庭中主要是檢測煤氣和液化氣的泄漏以及是否通風(fēng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的激光氣體傳感器，為懸掛式儀表設(shè)備，在需要多點檢測的場合，如煤礦行業(yè)，往往需要每個檢測點均需要安裝全套設(shè)備，成本非常高；另外，紅外檢測技術(shù)固有的抗干擾能力差的缺陷。
[0005]鑒于此，克服以上現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種分布式光纖氣體傳感器。
[0007]本實用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn):
[0008]一種分布式光纖氣體傳感器，用于檢測待測氣體，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同之處在于，所述氣體傳感器包括:
[0009]具有溫度控制裝置的激光源，用于在溫度控制裝置的配合下發(fā)射被所述待測氣體高度吸收的預(yù)選波長的激光束；
[0010]沿著激光發(fā)射方向依次設(shè)置的光環(huán)形器和氣體檢測裝置，激光源和光環(huán)形器通過光纖連接，光環(huán)形器和氣體檢測裝置通過光纖連接；所述氣體檢測裝置包括用于為所述待測氣體提供吸收容積的氣體吸收池，所述氣體吸收池內(nèi)設(shè)有全反射鏡，激光源的發(fā)射激光進(jìn)入氣體吸收池被待測氣體吸收后經(jīng)全反射鏡逆向反射；
[0011]通過光纖與所述光環(huán)形器連接的光電檢測器，用于在預(yù)設(shè)波長下檢測被全反鏡逆向反射的反射激光；以及
[0012]解調(diào)裝置，所述解調(diào)裝置通過比較在預(yù)設(shè)波長下檢測的反射激光的光功率與激光源的發(fā)射激光的光功率來計算光衰減并根據(jù)計算的光衰減來直接或間接地確定所述氣體吸收池中待測氣體的濃度、以及通過計算反射激光的接收時間與發(fā)射激光的發(fā)射時間的差來直接或間接地確定發(fā)射激光的傳播距離。
[0013]優(yōu)選地，所述氣體檢測裝置還包括光纖溫度傳感器，所述光纖溫度傳感器耦接至光纖并向所述解調(diào)裝置提供所述光纖的溫度信號以使所述解調(diào)裝置根據(jù)所述光纖的溫度變化來校正光衰減。
[0014]優(yōu)選地，所述氣體檢測裝置還包括光纖壓力傳感器，所述光纖壓力傳感器耦接至光纖并向所述解調(diào)裝置提供所述光纖的壓力信號以使所述解調(diào)裝置根據(jù)所述光纖的壓力變化來校正光衰減。
[0015]優(yōu)選地，所述氣體傳感器包括兩個激光源，分別發(fā)射被第一待測氣體高度吸收的第一預(yù)選波長的激光束、和被第二待測氣體高度吸收的第二預(yù)選波長的激光束；
[0016]所述氣體檢測裝置具有兩個氣體吸收池，分別用于為第一待測氣體和第二待測氣體提供吸收容積。
[0017]優(yōu)選地，所述光纖溫度傳感器、光纖壓力傳感器、第一個氣體吸收池和第二個氣體吸收池沿著激光出射方向通過光分路器依次并聯(lián)設(shè)置。
[0018]優(yōu)選地，所述第一待測氣體為甲烷，所述第二待測氣體為水汽，所述第一預(yù)設(shè)波長為1563.7nm，所述第二預(yù)設(shè)波長為1392nm。
[0019]優(yōu)選地，所述氣體傳感器還包括一顯示裝置。
[0020]優(yōu)選地，所述氣體傳感器還包括一報警裝置，用于在所述第一待測氣體濃度或第二待測氣體濃度超過預(yù)設(shè)值時發(fā)出報警。
[0021]優(yōu)選地，所述氣體傳感器包括多個氣體檢測裝置，所述多個氣體檢測裝置通過光纖沿著激光發(fā)射方向依次串聯(lián)設(shè)置。
[0022]優(yōu)選地，所述激光源為具有芯片的激光器，所述溫度控制裝置與所述芯片連接。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于，本實用新型的分布式光纖氣體傳感器利用光纖將氣體檢測裝置以及包括激光源、解調(diào)裝置、光電檢測器的主機(jī)部分進(jìn)行連接，出射激光以及反射激光均通過光纖在上述兩者之間傳播，適合于遠(yuǎn)距離的站點氣體傳感檢測。進(jìn)一步地，本實用新型的分布式光纖氣體傳感器可以用光纖將多個氣體檢測裝置和包括激光源、解調(diào)裝置、光電檢測器的主機(jī)部分進(jìn)行連接，多個氣體檢測裝置分布于不同的檢測站點，降低成本。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的分布式光纖傳感器的第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實用新型的分布式光纖傳感器的第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本實用新型的分布式光纖傳感器的第三種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0028]請參見圖1所示，在本實用新型的一個較佳實施方式中，分布式光纖氣體傳感器包括:主機(jī)部分1、氣體檢測裝置2、光環(huán)形器3和光纖4，其中，主機(jī)部分I包括:解調(diào)裝置
1-1、激光源1-2、光電檢測器1-3、顯示裝置和報警裝置，激光源1-2具有溫度控制裝置，其用于在溫度控制裝置的配合下發(fā)射被待測氣體高度吸收的預(yù)選波長的激光束；光環(huán)形器3和氣體檢測裝置2沿著激光發(fā)射方向依次設(shè)置。激光源1-2發(fā)出的激光的波長可以經(jīng)溫度控制裝置調(diào)制，使得激光的波長覆蓋待測氣體吸收譜，預(yù)設(shè)波長視需要檢測的氣體而定。
[0029]激光源1-2和光環(huán)形器3通過光纖4連接，光環(huán)形器3和氣體檢測裝置2通過光纖4連接；氣體檢測裝置2包括:光纖溫度傳感器2-1、光纖壓力傳感器2-2和氣體吸收池
2-3，光纖溫度傳感器2-1、光纖壓力傳感器2-2和氣體吸收池2-3沿著激光出射方向通過光分路器2-5依次并聯(lián)設(shè)置。
[0030]氣體吸收池2-3用于為待測氣體提供吸收容積，所述氣體吸收池2-3內(nèi)設(shè)有全反射鏡，激光源1-2的發(fā)射激光進(jìn)入氣體吸收池2-3被待測氣體吸收后經(jīng)全反射鏡逆向反射；光電檢測器1-3通過光纖4與光環(huán)形器3連接，光電檢測器1-3用于在預(yù)設(shè)波長下檢測被全反鏡逆向反射的反射激光，光電檢測器1-3將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在氣體吸收池2-3內(nèi)，發(fā)射激光空間傳輸并經(jīng)過反射鏡又返回光纖4內(nèi)，如果氣體吸收池2-3內(nèi)存在有待測氣體，則具有預(yù)設(shè)波長的發(fā)射激光被待測氣體吸收一部分，吸收的多少可以反映出待測氣體的濃度。
[0031]光環(huán)形器3實現(xiàn)激光正向通過時正常傳輸，激光反向通過時從另一根光纖4傳出到達(dá)光電檢測器1-3。
[0032]光分路器2-5實現(xiàn)對發(fā)射激光能量按一定比例分配，實際使用時通過挑選不同比例的光分路器2-5，實現(xiàn)到達(dá)氣體吸收池2-3的發(fā)射激光能量不低于最小值。發(fā)射激光經(jīng)過光纖4和光環(huán)形器3向外傳輸，到達(dá)氣體檢測裝置2時，光分路器2-5將該激光分成兩部分，一部分傳向光纖溫度傳感器2-1，一部分繼續(xù)傳輸，經(jīng)過第2個光分路器2-5，一部分傳向光纖壓力傳感器2-2，一部分繼續(xù)傳輸，經(jīng)過第3個光分路器2-5，一部分傳向氣體吸收池2-3。
[0033]解調(diào)裝置1-1通過比較在預(yù)設(shè)波長下檢測的反射激光的光功率與激光源1-2的發(fā)射激光的光功率來計算光衰減并根據(jù)計算的光衰減來直接或間接地確定所述氣體吸收池中待測氣體的濃度、以及通過計算反射激光的接收時間與發(fā)射激光的發(fā)射時間的