[发明专利]基于悬挂芯光纤的气体吸收谱线参考装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种谱线参考装置，尤其是一种气体吸收谱线参考装置。

背景技术

气体的吸收光谱具有选择性高、特征性强等优点，基于气体吸收谱测量的分析技术 具有测量灵敏度高、体鉴别能力强、响应能力快、对温度及湿度等干扰的抵抗力强等特 点。

光被气体吸收会产生特定的吸收光谱，通过标定吸收峰的位置，可进一步对气体的 种类进行识别。所以气体的标准吸收谱线不仅对于气体种类的鉴别具有重要意义，而且 对仪器的信号标定也可以提供重要的参考信息。例如，乔学光等利用C₂H₂吸收光谱作为 标准波长参考，对可调谐光纤法布里-珀罗滤波器进行波长实时定标(可调谐法布里-珀罗 滤波器的高精度大范围实时定标，光学学报，2008，28(5)，852-855)。北京北分麦 哈克分析仪器有限公司则利用一直浓度的气体为参考波长，对激光气体分析仪进行了定 标(一种激光气体分析仪及标定方法，中国专利，CN200810225067.X[P].2009-04-08)。 此外，很多光谱仪的标定多是利用发射灯(如汞灯、钠灯等)进行波长定标，例如，居 戬之等利用低压Hg等对CCD光谱仪进行了波长标定(CCD光谱仪的波长定标和滤光片的透 过率测定实验，大学物理实验，2008，21(31)，66-68)。以上定标用的装置一般体积 比较大，而且都具有光路耦合复杂、便携性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构高度集成的基于悬挂芯光纤的气体吸收谱线参考装 置。

本发明的目的是这样实现的：

包括光源、耦合连接器、光纤分光耦合器、光电二极管、锁相放大器、浓度监测电 路、数据接口；三根标准光纤通过光纤分光耦合器耦合连接，光源发出的光进入一根标 准光纤经过光纤分光耦合器后被分成两路，其中一路光通过第一标准光纤进入内部含有 特定浓度气体的第一悬挂光纤的纤芯，并与第一悬挂光纤孔道内的气体相互作用，然后 进入第一光电二极管；另一束光为背景光，经通过第二标准光纤进入第二悬挂光纤后进 入第二光电二极管；两个光电二极管产生的电信号进入锁相放大器进行放大，最后经过 检测电路给出特定温度、特定浓度下的气体谱线。

也可以设计成单光路结构，通过更换光纤，光源发出的光分别经过不含有参考气体 的悬挂光纤以及含有参考气体的悬挂光纤，经同一光谱仪检测信号并进行处理。

本发明还可以包括：

1、所述的悬挂光纤的纤芯与包层间具有一条延光纤轴向的孔道，所述孔道的形状为 圆形或者“D”形，纤芯紧贴悬挂于孔道内壁或部分嵌于包层内。

2、所述的光纤是将悬挂光纤置于由气体瓶、减压阀、恒温恒压气室、压力表、温度 计和放气阀组成的装置的恒温气室中，调节减压阀，使气室内压力达到设定值，并保持 5-7天，使光纤内气体压力与气室达到一致，载气过程完成后打开放气阀，使气室内外压 力平衡完成载气；将经载气处理的光纤利用光纤熔接机两端与标准单模光纤连接，使气 体被密封在悬挂光纤内部，然后用熔融拉锥机进行拉锥，使光纤耦合效率达到最大值， 形成的两端连接标准光纤的悬挂光纤微型参考气体吸收池。

3、第一悬挂光纤与第二悬挂光纤的结构及长度一致，在同一根光纤在相邻位置截取。

本发明采用的悬挂光纤的显著结构特点是纤芯与包层为间隙配合，光纤内部具有一 个延光纤延伸方向的一维孔道结构，微孔的形状可以使圆形或者“D”形，孔道位置可以 位于光纤内部的各个位置，而高折射率纤芯则紧贴孔道内壁悬挂于孔道内的任意某位置 (部分嵌于包层之中)，这一结构用来作为容纳气体的吸收池，围成孔道的结构为较低 折射率的光纤包层，光纤的端面如图1a-c所示。该悬挂光纤两端各焊接一段标准光纤， 用于光耦合以及气体密封。