[发明专利]分布式光纤气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种分布式光纤气体传感器。

背景技术

近年，随着对环境安全的要求日益高涨，各种气体检测技术层出不穷，其中TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱）技术以其抗干扰能力强，精度高，寿命长等优良的特性而成为研究热点。光学式气体传感器包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等，主要以红外吸收型气体分析仪为主，由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体，但是红外检测技术由于是使用的宽光谱，在光谱内的所有有吸收峰的气体都会与光束发生作用，使得其抗干扰能力较差，如甲烷检测方面，难以解决水气的干扰导致实际应用有限。

光学式气体传感器具有高抗振能力和抗污染能力，与计算机相结合，能连续测试分析气体，具有自动校正、自动运行的功能，精度高，反应快，同时因为它的结构关系一般造价高，主要应用于石油、采矿、半导体工业等工矿企业以及家庭中环境检测和控制。在石油、石化、采矿工业中，硫化氢、一氧化碳、氯气、甲烷和可燃的碳氢化合物是主要检测气体。在半导体工业中最主要是检测磷、砷和硅烷。家庭中主要是检测煤气和液化气的泄漏以及是否通风。

现有技术中的激光气体传感器，为悬挂式仪表设备，在需要多点检测的场合，如煤矿行业，往往需要每个检测点均需要安装全套设备，成本非常高；另外，红外检测技术固有的抗干扰能力差的缺陷。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种分布式光纤气体传感器成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种分布式光纤气体传感器。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种分布式光纤气体传感器，用于检测待测气体，与现有技术相比，其不同之处在于，所述气体传感器包括：

具有温度控制装置的激光源，用于在温度控制装置的配合下发射被所述待测气体高度吸收的预选波长的激光束；

沿着激光发射方向依次设置的光环形器和气体检测装置，激光源和光环形器通过光纤连接，光环形器和气体检测装置通过光纤连接；所述气体检测装置包括用于为所述待测气体提供吸收容积的气体吸收池，所述气体吸收池内设有全反射镜，激光源的发射激光进入气体吸收池被待测气体吸收后经全反射镜逆向反射；

通过光纤与所述光环形器连接的光电检测器，用于在预设波长下检测被全反镜逆向反射的反射激光；以及

解调装置，所述解调装置通过比较在预设波长下检测的反射激光的光功率与激光源的发射激光的光功率来计算光衰减并根据计算的光衰减来直接或间接地确定所述气体吸收池中待测气体的浓度、以及通过计算反射激光的接收时间与发射激光的发射时间的差来直接或间接地确定发射激光的传播距离。

优选地，所述气体检测装置还包括光纤温度传感器，所述光纤温度传感器耦接至光纤并向所述解调装置提供所述光纤的温度信号以使所述解调装置根据所述光纤的温度变化来校正光衰减。

优选地，所述气体检测装置还包括光纤压力传感器，所述光纤压力传感器耦接至光纤并向所述解调装置提供所述光纤的压力信号以使所述解调装置根据所述光纤的压力变化来校正光衰减。

优选地，所述气体传感器包括两个激光源，分别发射被第一待测气体高度吸收的第一预选波长的激光束、和被第二待测气体高度吸收的第二预选波长的激光束；

所述气体检测装置具有两个气体吸收池，分别用于为第一待测气体和第二待测气体提供吸收容积。

优选地，所述光纤温度传感器、光纤压力传感器、第一个气体吸收池和第二个气体吸收池沿着激光出射方向通过光分路器依次并联设置。

优选地，所述第一待测气体为甲烷，所述第二待测气体为水汽，所述第一预设波长为1563.7nm，所述第二预设波长为1392nm。

优选地，所述气体传感器还包括一显示装置。

优选地，所述气体传感器还包括一报警装置，用于在所述第一待测气体浓度或第二待测气体浓度超过预设值时发出报警。

优选地，所述气体传感器包括多个气体检测装置，所述多个气体检测装置通过光纤沿着激光发射方向依次串联设置。

优选地，所述激光源为具有芯片的激光器，所述温度控制装置与所述芯片连接。