[发明专利]一氧化碳气体传感设备

说明书

技术领域

本发明属于光电气体传感技术领域，尤其是一种采用了可调谐法布里-珀罗滤波器的一氧化碳气体传感设备。

背景技术

红外气体传感技术是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感技术。它与其它类别气体传感技术如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比具有应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高、维护成本低、可在线分析等等一系列优点，因此，广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。 随着半导体激光器技术的发展，在各类红外气体传感技术中，采用可调谐激光器的气体传感技术，近几年来，得到了越来越广泛的应用。相比于利用宽带红外光源和窄带滤光片的技术，这种技术具有低飘移和抗干扰等特点，提供了更加稳定和精确的气体浓度检测。但是，这种技术需要高质量的可调谐激光器，因此，价格比较昂贵。另一种可行的技术是采用宽带红外光源和可调谐窄带滤光片的技术，也能提供与采用可调谐激光器技术的气体测量相比拟的稳定性和精度。

在各类滤波器技术中，传统的光学法布里-珀罗标准具是一种利用多光束干涉原理制作的窄带滤波器件，主要有两种类型：一种是空气间隔的，一种是光学玻璃间隔的。通过两个通光面上多层介质膜的高反射率所形成法布里-珀罗腔的多光束干涉效应，可以实现在宽频谱范围内的多波长窄带滤波输出，而且具有性能稳定、通光孔径大、光功率破坏阈值高、结构简单和成本低等特性，因此，被广泛应用于各类激光器、光学测量仪器和光纤通讯器件中。

对于空气间隔的法布里-珀罗标准具，可通过改变光的入射角度进行调谐，但是这种方法的调谐范围很小；也可以采用用机械方法（如步进马达）改变法布里-珀罗标准具的腔长进行调谐，这种方法可以实现大的调谐范围，但调谐精度低，而且对机械部件的精度要求高，稳定性不好。另外，采用PZT压电陶瓷（锆钛酸铅）技术通过改变法布里-珀罗标准具的腔长，可以提高调谐精度和速度，但是不易做到小型化，且驱动电路也较复杂；改变标准具的温度也可以实现较大范围的调谐，但是，该方法的缺点是速度慢。同时，单一法布里-珀罗标准具的滤波输出特性是一个光频率间隔为自由光谱范围的多模输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，利用宽带红外光源和可调谐法布里-珀罗滤波器和光电探测器等来实现高稳定性，高精度和低价格的气体浓度检测。所述可调谐法布里-珀罗滤波器是将液晶相位调制器放置在法布里-珀罗标准具的腔内实现对透过法布里-珀罗滤波器的线偏振光信号的连续、快速和精密光频率调谐功能， 并将法布里-珀罗腔的两个反射面设置为带通滤波器或阶跃式滤波器和根据所述带通滤波器的透射带宽或所述阶跃式滤波器的透射带宽来设置法布里-珀罗腔的自由光谱范围来实现法布里-珀罗滤波器的窄带单模输出。

 本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种一氧化碳气体传感设备包括一个红外宽带光源、一个可调谐法布里-珀罗滤波器、一个气体采样室、一个光电探测装置以及驱动控制和数据分析系统、所述光电探测器的驱动和信号接收电路以及控制电路和数据分析系统，由所述红外宽带光源发出的光首先通过可调谐法布里-珀罗滤波器后，通过所述气体采样室后被所述第一光电探测装置接收，由所述控制电路和数据分析系统进行对所检测的气体的吸收频谱进行数据分析得到该气体的浓度。

而且，所述可调谐法布里-珀罗滤波器包括第一带通滤波器、液晶相位调制器、第二带通滤波器和驱动源，液晶相位调制器设置在由第一带通滤波器和第二带通滤波器构成的法布里-珀罗滤波器的腔内，通过控制法布里-珀罗腔内液晶相位调制器实现滤波器的调谐功能。

而且，所述的第一带通滤波器和第二带通滤波器是一种在光学透明材料的内表面上设置的多层介质膜的带通滤波器并具有相同的透射带宽，在所述带通滤波器的通带内可根据对透射光的锐度系数设置不同的反射率，该反射率设置在80%到98%之间，在通带以外设置100%或接近100%的反射率，且在光学透明材料的外表面上设置光学增透膜。

而且，所述的第一带通滤波器和第二带通滤波器的通带的中心与所需检测的气体的吸收光谱的中心相同或接近相同，该通带的宽度是根据对气体测试精度的要求而定，设置为2纳米到5纳米之间，所述法布里-珀罗滤波器的自由光谱范围应大于所述的通带宽度，使得透过所述可调谐窄带光学滤波器的光信号为单模光信号。