[实用新型]一种光纤气体传感器激光器波长精密监控装置

说明书

本实用新型公开了一种光纤气体传感器激光器波长精密监控装置，通过设置装有被测气体样本的本地样本气体气室，并通过光分路器将半导体激光器发出的部分激光分出至本地样本气体气室中，经过被测气体样本的衰减后传输至光敏二极管二，经放大后传输至处理器中进行分析，可以使得处理器精确地测得半导体激光器的波长是否发生偏移，并可以据此控制TEC温度控制电路对半导体激光器的波长进行调整，使半导体激光器的波长重新精确返回测试系统要求的正确波长值，从而保证光纤气体传感器的测量精度。

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，具体涉及一种光纤气体传感器激光器波长精密监控装置。

背景技术

能源是人类生存和发展的重要物质基础，关系着国计民生和国家安全。在能源的开采利用过程中，生产安全成为经济发展中的一项重要课题。近年来，国家对安全生产给予了极大的重视，安全生产事故总量呈下降趋势，但是重特大事故频发且危害严重。在我国煤炭领域，瓦斯和自然发火是煤矿安全生产中的两种主要灾害。针对瓦斯灾害，瓦斯监测监控系统是监测预警的主要手段。光谱吸收型的气体传感器是最重要的一类光纤气体传感器，其利用了气体在石英光纤透射窗口内的吸收峰,测量由于气体吸收产生的光强衰减,可以得到气体的浓度。

基于激光光谱技术的光纤气体检测技术具有高分辨率、高选择性、多组分W及低功耗等优点，成为工业有害气体检测的有效工具，能有效解决煤矿安全领域气体检测存在的问题，为煤矿灾害的预测预报提供可靠的数据保障。

图1为现有的直接吸收检测式气体传感器原理图。如图1所示，现有的直接吸收检测式气体传感器的发射端主要由带TEC制冷器的半导体激光器100、精密TEC温度控制电路200、信号调制(扫描电流)电路300组成。其中带TEC制冷器的半导体激光器100具有与被测气体精确对应的中心波长，但是随着环境温度的变化，半导体激光器100中心波长会产生0.1nm/C的变化，为了保证气体浓度测试精度，系统要求中心波长稳定度由于0.01nm，所以必须采用TEC 温度控制电路200对半导体激光器100的工作温度进行精确控制。为了实现对测试信号的调制(产生随气体浓度变化的交变信号)，还需要信号调制电路300对半导体激光器100进行调制，比如进行电流扫描调制。激光器在调制信号的驱动下，发射的激光信号经过一定距离光纤传输，到达安装与测量现场的无源气体传感探头(气体吸收池)，检测现场如果存在被检测的气体，就会在气体传感探头内的光传播路径上对激光强度造成衰减，衰减后的信号通过光纤回到接收端。接收端主要由光敏二极管400、低噪声放大电路500、数据采集卡600、处理器700(PC或者嵌入式处理器)等组成。光敏二极管接收到经过被测气体衰减后的激光信号，经过低噪声放大电路500放大到后级数据采集部分需要的信号电平，在经过数据采集卡600采集后，输入处理器700中进行信号处理和计算并得到气体浓度值，并且在界面上显示，或者产生告警等动作。

如上所述，由于各种气体对激光波长非常敏感，一旦半导体激光器波长发生漂移，则整个光纤气体传感器就会产生测试精度变差或者完全失效等严重后果。随着半导体激光器芯片老化或者外界环境参数发生较大变化时，有可能会引起激光器波长的变化。

现有的传感器虽然通过精确控制半导体激光器的温度达到了稳定激光器波长的目的，但是原则还是一种开环控制，并不能实现激光器波长的在线监测和控制。然而对激光器波长的测量需要非常复杂的技术手段，成熟的基于光栅等的测量方法无法在气体光纤传感器中使用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种光纤气体传感器激光器波长精密监控装置，使得处理器可以更加精确测量到激光器的波长是否发生偏移，从而保证光纤气体传感器的测试精度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：