[实用新型]一种通过单芯光纤实现多组分气体浓度测量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学领域，具体涉及一种通过单芯光纤实现多组分气体浓度测量的装置，适用于各种冶金、矿山、井下、隧道有毒有害气体监测，以及大气环境质量分析等众多和测量领域。

背景技术

在某些气体监测应用中，由于电化学气体传感器由于易于受干扰气体影响的固有缺点，需要引入TDLAS检测手段，但现有的TDLAS气体传感器每种气体都需要使用一芯光纤，而由于被测气体往往种类多，监测点数量也大,有必要设计一种通过单芯光纤实现多组分气体浓度测量的装置,使得在有限的光纤资源下,也能实现大量多组分气体的TDLAS方式监测。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种通过粗部分复用的方式实现通过单芯光纤进行多组分气体监测的TDLAS装置。可以在测量点数量很大而光缆资源有限的情况下，实现每个监测点只只用一芯光纤就可实现多达十几种气体组分的同时监测。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种通过单芯光纤实现多组分气体浓度测量的装置，包括气室，还包括若干个DFB激光器，各个DFB激光器均分别与温度控制器和信号发生器连接，各个DFB激光器的输出端均通过光纤与波分复用器的输入通道连接，波分复用器的输出通道通过光纤与气室的一端连接，气室的另一端与光电探测器连接，信号发生器和光电探测器均与锁相放大器连接，锁相放大器与A/D转换器连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点： 

（1）由于采用了TDLAS气体探测技术,解决了在复杂背景气体环境下，各组分气体相互干扰的问题。

（2）可以使得每个监测点的仅需一芯光纤即可实现多组分气体监测，大大降低了光纤资源的需求。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图中：1-温度控制器；2-信号发生器；3-DFB激光器；4-波分复用器；5-单模光纤；6-气室；7-光电探测器；8-锁相放大器；9-A/D转换器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

一种通过单芯光纤实现多组分气体浓度测量的装置，包括气室6，还包括若干个DFB激光器3，各个DFB激光器3均分别与温度控制器1和信号发生器2连接，各个DFB激光器3的输出端均通过光纤与波分复用器4的输入通道连接，波分复用器4的输出通道通过光纤与气室6的一端连接，气室6的另一端与光电探测器7连接，信号发生器2和光电探测器7均与锁相放大器8连接，锁相放大器8与A/D转换器9连接。

由信号发生器2发出的三角波、正弦波信号叠加形成的电流信号，该电流信号用于驱动DFB激光器3；通过温度控制器1调节DFB激光器3的工作温度，使DFB激光器3的工作波长位于气体吸收线位置。

气室6是一种使光信号沿既定路线穿过其中，导致部分光谱被气体吸收的装置。光信号由一根单模光纤输入，另一根单模光纤输出，光信号穿过气室6之后，被吸收之后的剩余的光信号沿着输出端的单模光纤5抵达光电探测器7。

锁相放大器8是一种通过参考信号的频率和相位对目标信号进行识别的装置，有两路输入信号和一路输出信号。输入信号包括由光电探测器7检测的接收光信号和信号发生器产生的同步参考信号，输出信号为模拟信号，模拟信号的幅度大小反映出气体浓度的变化。

信号发生器2一方面发出驱动DFB激光器3工作的周期性扫描电流信号。另一方面同步发出正弦波参考信号，该正弦波参考信号输入到锁相放大器8的输入端。

从锁相放大器8输出的模拟信号通过A/D转换器9转换为数字量输出。

使用波分复用器4将不同波长的DFB激光器发出的耦合到同一根光纤内输出。使得输出光纤内包含所有DFB激光器3发出的光信号。波分复用器的每个输入通道波长范围必须包含对应全部通道的DFB激光器3的工作波长。

波分复用器4是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。现在市场使用WDM技术的产品主要有CWDM和DWDM。在本案例中，可使用CWDM波分复用器。可在不同的时间段激发DFB激光器3，对多组分气体测量。