[实用新型]能测量多种气体成分的复用式光纤气体传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及图像处理技术领域，尤其是一种能测量多种气体成分的复用式光纤气体传感器。

背景技术

光纤气体传感器的检测原理是根据光在待测物理参数作用的情况下，待测参数可能引起的光强、波长、频率、相位等参数的变化，从这些可能变化的光参数中提取被测参数的信息。其一般形式为利用光纤本身的特性或外加敏感元件，将被测信号的变化调制成光参数的变化。因此光纤传感器中根据光纤所起的作用可分为功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器。非功能性的光纤气体传感器中的基本结构是：将光源发射的光作为载波，气室做为敏感元件，光强变化作为信号被加到光载波上，光纤作为传输媒介，再通过光电探测器提出信号，结合光谱知识分析待测气体的浓度等信息。目前非功能性光纤气体传感器存在一些由于其结构特征所带来的不足，主要表现在：光源光谱范围大，信号弱，在噪声环境下难于提取信号，测量目标单一，一个传感器只能测量一种目标气体的相关物理参数。为了解决光纤传感器系统存在的缺陷，现有技术采用了一些新的结构和方法，但这些现有技术均存在以下缺点：

1）采用窄线宽光源（如：DFB激光器）实现目标气体的非特征谱线对信号的干扰。但由于DFB的发射波长具有温度敏感性，这种传感器稳定性控制困难；

2）采用F-P无源腔作为滤波结构，实现窄线宽载波。但是由LED光谱线型是高斯性，当特征谱线位于LED光谱边缘时，强度极其微弱，在噪声条件下难于提取信号，这使得只能使用LED中心波长附近的光谱，这种结构一般只能测定一种目标气体。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能测量多种气体成分的复用式光纤气体传感器，它能实现多种气体成分浓度测量，且能实现输出波长可调，使整个系统稳定性好，以克服现有技术的不足。

本实用新型是这样实现的：能测量多种气体成分的复用式光纤气体传感器，包括宽谱光源，输出控制模块，光放大器，气室，光电探测器以及信号处理模块，宽谱光源的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端与光放大器连接的输入端连接，光放大器的输出端连接到气室输入端上，气室的输出端与光电探测器输入端连接，光电探测器的输出端与信号处理模块输入端连接；输出控制模块的组成包括波分解复用器，开关阵列和波分复用器，波分解复用器的输入端与宽谱光源的输出端连接，波分解复用器输出端与开关阵列的输入端连接，开关阵列的输出端与波分复用器的输入端连接，波分复用器的输出端与光放大器连接的输入端连接。

所述的光源为发光二极管（LED），发射光谱半最大全宽（FWHM）在50nm以上。

所述波分解复用器及波分复用器为熔融拉锥型、介质模型、阵列波导型或光栅型结构；开关阵列为两个以上结构相同的单列光控开关构成，或一个两列以上开关组；且开关阵列为磁控开关、光控开关或机械式开关。

所述的气室可以是自聚焦透镜结构，还可以是怀特腔结构。

工作原理：光源为LED，辐射宽谱光，通过光纤输入波长控制模块，根据目标气体，由波长控制模块选择特定波长的光输出，输出光变为窄线宽光源，将其经过光放大器放大后，被输入气室，当探测光通过气室后，光谱中的对应待测物特征谱线的位置发生吸收，表现为光强发生了变化，该光强变化经过光电探测器转化为电信号再经过A/D转换、谐波分析等标准的信号分析过程，最后得到待测气体的浓度。

与现有技术相比，本实用新型通过采用输出控制模块来选择波长，并可根据需要改变探测光源的波长，可以测量多种不同的气体浓度，使用波长选择控制还能减少光电探测器的使用数量，从而降低成本；再通过光放大器对特征谱线的强度有放大增强，从而提高信噪比，能够实现调谐，提高了探测光的抗干扰能力和灵敏度。本实用新型结构简单，能实现测量多种气体成分的复用功能，使用效果好。

附图说明

附图1为本实用新型的工作原理结构示意图；

附图2为本实用新型的实施例1的结构示意图。

附图3为本实用新型的实施例2的结构示意图。

具体实施方式