一種基于光子晶體溫度調(diào)制式近紅外吸收光譜裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，用于光譜技術(shù)實時在線監(jiān)測氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時的光譜吸收效應(yīng)的增強裝置，從而實現(xiàn)在線光譜儀在檢測較低組分物質(zhì)時，準確的進行定性定量分析。為一種有效的在線光譜吸收增強裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器油中微量氣體檢測可以分為非光譜分析方法與光譜分析方法。非光譜分析方法有色譜法、火焰離子法、光離子法、化學熒光法等等。在光譜分析方法中，吸收光譜法是一種通過測量光輻射衰減進而測定吸收物體濃度的一種方法。當某一特定波長的光通過待測吸收物時，物質(zhì)的分子或原子吸收光子，被激發(fā)到高的能態(tài)，這一過程導致了入射光的能量損失。入射光強和出射光強的關(guān)系可以用Lamb-Beer定律描述。
[0003]近紅外光譜法是近十多年來迅速發(fā)展的新型檢測技術(shù)，近紅外3-5 μ m波段位于分子的“指紋區(qū)”，許多種氣體小分子在此波段有豐富的特征吸收譜。近紅外光譜分析技術(shù)具有諸多優(yōu)點，它能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對被測樣品完成一次近紅外光譜的采集測量，即可完成其多項性能指標的測定(最多可達十余項指標)。光譜測量時不需要對分析樣品進行前處理；分析過程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現(xiàn)性好、成本低，因此受到國內(nèi)外廣泛重視，具有良好的技術(shù)發(fā)展前景。
[0004]現(xiàn)在的近紅外光譜檢測完全可以進行直接針對產(chǎn)品的具體指標進行直接反饋控制。在現(xiàn)場實際近紅外光譜定性定量分析中，近紅外譜圖信號的準確獲取是整個光譜分析流程中的關(guān)鍵，只有信號的準確可靠，才能談?wù)撍亩ㄐ?、定量準確度?，F(xiàn)場監(jiān)測在物料低濃度、微量時，其光譜信號不強，相對靈敏度比較微弱，從而導致在進行在線光譜監(jiān)測時的準確性降低，而恰恰這些微量的物質(zhì)組分含量是在線檢測中最需要檢測的物質(zhì)。所以解決好低濃度、微量物質(zhì)檢測這一光譜監(jiān)測在流程工業(yè)中應(yīng)用的瓶頸問題，是目前在線光譜儀應(yīng)用的棘手問題，也是必須解決的問題。
[0005]本發(fā)明裝置就是基于光子晶體管作為光吸收腔體，采用近紅外激光器作為光源，結(jié)合溫度調(diào)制式光纖光柵，并使用光子計數(shù)器進行計數(shù)的近紅外吸收光譜增強裝置，獲得高精細的光譜信號，使得光譜檢測在對低濃度物質(zhì)的檢測更加準確。將對在線監(jiān)測的未來產(chǎn)生深遠的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種在線光譜儀運用于實時在線監(jiān)測氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時的光譜吸收效應(yīng)的增強，從而準確的進行物料的定性定量分析，特別是在進行較低濃度物料檢測時，光譜吸收效應(yīng)較低，準確性不高的，致使的光譜吸收譜圖所反映的物料信息不全的現(xiàn)象。通過基于光子晶體溫度調(diào)制式近紅外技術(shù)的吸收光譜增強，可針對較低光譜吸收效應(yīng)，進行吸收光譜效應(yīng)增強，以保證光譜檢測的有效性精確性。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0008]—種基于光子晶體溫度調(diào)制式近紅外吸收光譜裝置，用于液體、氣體、及氣液混合物進行光譜檢測時吸收光譜信號的增強；所述裝置包括激光器、多模光纖耦合器、光子晶體管、光學多路開關(guān)、光纖光柵、光子計數(shù)器、黑體；所述激光器為光譜檢測提供特定的激光光源；所述多模光纖耦合器傳輸激光和光的分路；所述光子晶體管，將光限制在其中心空芯內(nèi)，克服光的衰減，增強物質(zhì)對光的吸收；所述光學多路開關(guān)對光進行切換到不同的光纖光柵當中；所述光纖光柵可進行溫度調(diào)制并反射出特定窄波段的光，為物質(zhì)檢測提供特定的光；所述光子計數(shù)器為光譜檢測提供數(shù)據(jù)；所述黑體保證系統(tǒng)雜散光的吸收。
[0009]所述激光器發(fā)射的激光為寬波段光源，可通過所述光學多路開關(guān)進行選擇后，連接不同的所述光纖光柵進行多種物質(zhì)的檢測。
[0010]使用所述多模光纖耦合器，所述激光器發(fā)出的寬波段光源經(jīng)過所述多模光纖耦合器到達所述光纖光柵，以Bragg波長為中心的寬波段光波被光柵反射，經(jīng)過耦合器后一部分光譜檢測單元進行光譜測量。
[0011]選用所述光子晶體管作為光吸收腔體。
[0012]所述光纖光柵上設(shè)計一個硅片和一個加熱裝置進行溫度調(diào)節(jié)。
[0013]所述多模光纖親合器，其親合比為80 ;20。
[0014]在每一個光纖光柵后加一個黑體進行多余激光的吸收，不讓其進行反射。
[0015]所述的光譜增強裝置包括激光傳輸光纖。光子晶體采用空心光子晶體光纖，光纖包層中的小孔構(gòu)成光子晶體，小孔間距和小孔直徑滿足一定條件時，其光子能隙范圍內(nèi)就能阻止光的傳播，光被限制在中心空芯內(nèi)傳輸。
[0016]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述的溫度調(diào)制式光纖光柵，選用Bragg反射光纖光柵，包括折射率具有周期性變化的單模光纖纖芯，選用特定折射率的單模光纖纖芯可以使一個寬波段的光源進入光纖光柵中，反射出特定窄波段的光，提供檢測物質(zhì)的條件。
[0017]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述的溫度調(diào)制式光纖光柵，通過一個可加熱的硅片，進行溫度調(diào)節(jié)，可對光波的吸收范圍進行掃描，確定基線的功率，為光譜檢測確定條件。
[0018]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述的光譜檢測單元包括光纖耦合器、光子計數(shù)器。
[0019]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述的系統(tǒng)雜散光的吸收包括一個共用的黑體吸收裝置。
[0020]本實用新型的有益效果在于:本實用新型提出了基于光子晶體溫度調(diào)制式近紅外吸收光譜裝置，實現(xiàn)了實時在線監(jiān)測氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時的吸收光譜效應(yīng)的增強，通過對近紅外激光器發(fā)射的特定寬波長激光，通過光學開關(guān)對進行切換到不同的光纖光柵當中，然后進行溫度調(diào)制確定光吸收功率的基線，光柵反射的窄波段光進入光子晶體光纖中，光被限制在光子晶體光纖的中心空芯內(nèi)，克服光的衰減，增強物質(zhì)對反射光的吸收，從而克服了在線光譜在檢測較低組分物質(zhì)時，吸收效應(yīng)低造成的譜圖不全不準確的影響，保證了吸近紅外吸收光譜儀在線復雜多組分檢測得到有效分析檢測。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本實用新型裝置光子晶體光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本實用新型裝置光纖光柵整體的結(jié)構(gòu)、原理示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施例。
[0025]本實用新型揭示了一種基于光子晶體溫度調(diào)制式近紅外吸收光譜增強