[发明专利]一种气体浓度测量的方法和传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体浓度测量技术领域，特别是涉及一种气体浓度测量的方法和传感器。

背景技术

在工业中，经常需要对生产或设备使用过程中排放的气体浓度进行检测。如煤矿工业，经常遭遇瓦斯爆炸，严重威胁矿工的生命安全，这就需要对环境中甲烷气体的浓度进行测量；电力运行过程中，变压器的性能直接关系到电力系统的可靠性，由于变压器在工作过程中会产生多种气体，如一氧化碳、二氧化碳和烃类等气体，这些气体的构成和含量是变压器内部故障类别和故障严重程度的判断标志，因此，也需要对这些气体的浓度进行测量。

大多数的双原子分子以及多原子分子气体在红外区有自己特有的吸收谱，当红外光通过气体时，对应气体吸收峰波长的光会被吸收，输出光的强度就会变小。由于对应气体吸收峰波长的光的强度与气体的浓度存在一定关系，因此，可以通过测量对应待检测气体吸收峰波长的光的强度变化来测量气体的浓度。

但是目前使用这种方法的传感器大多数都是光纤或者开放路径的腔形结构，体积比较大，不适合用在集成光学中。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种气体浓度测量的方法和传感器，可以大大减小气体浓度测量传感器的体积，便于适用于集成光学中。

为了达到上述目的，本发明实施例公开了一种气体浓度测量传感器，包括：

气室，用于传输待检测的气体，所述气室覆盖气体浓度测量传感器中的每条波导，使待检测气体与波导外所述待检测气体吸收峰对应波长的光的消逝场相互作用；

输入直波导，用于将光源发出的光耦合进入环状波导；

环状波导，用于接收所述输入直波导耦合的光，并将光耦合进入输出波导，所述环状波导的半径根据λres=neffLringm,m=1.2.3.....Lring=2πr]]>确定，其中，r是环状波导的半径，λ_res是对应待检测气体对光的吸收峰的环状波导的透射峰，n_eff是环状波导的有效折射率，L_ring是环状波导的长度，m为正整数；

输出波导，用于将光耦合输出。

可选的，所述输出波导包括：相互连接的输出直波导及条型波导，所述输出直波导与所述输入直波导平行。

可选的，当待检测气体为甲烷气体时，所述环状波导的半径为5×10⁴nm-6×10⁴nm，所述条型波导的长度为10cm-16cm。

可选的，所述输入直波导到所述环状波导的圆心的垂直距离为5.3×10⁴nm-6.5×10⁴nm，所述环状波导的圆心到所述输出直波导的垂直距离为5.3×10⁴nm-6.5×10⁴nm。

可选的，所述光源发出的光的波长在所述波导可以透过的光的波长范围内。