[发明专利]基于相位调制的干涉型痕量气体探测系统

说明书

一种基于相位调制的干涉型痕量气体探测系统，包括：DFB光源，用于输出光；信号发生源，一端与所述DFB光源的一端相连，用于对所述DFB光源的输出光进行调制，输出参考信号；光纤隔离器，一端与所述DFB光源的另一端相连，用于抑制回波；MZI光纤干涉仪，与所述光纤隔离器相连，包括：气室，充有待测痕量气体，作为所述MZI光纤干涉仪的信号臂；以及PZT相位调制器，与所述气室并联关系，作为所述MZI光纤干涉仪的参考臂；终端信号处理模块，其一输入端与所述信号发生源相连，其另一输入端经光电二极管与所述MZI光纤干涉仪相连，所述终端信号处理模块用于接收信号发生源输出的参考信号及MZI光纤干涉仪的输出信号，并获取痕量气体浓度信息。

技术领域

本公开涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于相位调制的干涉型痕量气体探测系统。

背景技术

相位调制型光纤传感器通常采用干涉测量技术进行信号处理，具有很高的灵敏度，全光纤结构的设计易于实现探测系统的微型化，从而在实现高灵敏探测性能的同时保证探测系统更高的便携性。

DFB(Distributed Feed Back，分布反馈)半导体激光器速出波段可覆盖近红外附近的波段，1.5微米附近的波段内囊括了大多数气体的吸收线，依据现有技术，DFB激光器线宽普遍可以达到MHz水平，也就是说其输出光谱很窄，可以用来选择单条吸收线进行分析。此外，DFB激光器可采用温控和驱动电流控制的方法来实现输出波长的调谐。通过此种方法令DFB激光器输出波长在指定的气体吸收线附近进行高速跳变，再对输出信号进行二次谐波提取以获得与气体浓度相关的信息。具体来说，现有的探测装置大都采用低频锯齿波调制与高频正弦波叠加信号进行周期性电流控制波长扫描的方式来进行周期性波长调谐。从原理上讲此方案属于强度调制型传感技术，限于吸收线强度有限，当系统体积占据较小时，很难实现更高的探测灵敏度。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于相位调制的干涉型痕量气体探测系统，以缓解现有技术采用低频锯齿波调制与高频正弦波叠加信号进行周期性电流控制波长扫描的方式来进行周期性波长调谐，限于吸收线强度有限，当系统体积占据较小时，很难实现更高的探测灵敏度等技术问题。

(二)技术方案

在本公开中，提供一种基于相位调制的干涉型痕量气体探测系统，包括：DFB光源，用于输出光；信号发生源，一端与所述DFB光源的一端相连，用于对所述DFB光源的输出光进行调制，输出参考信号；光纤隔离器，一端与所述DFB光源的另一端相连，用于抑制回波；MZI光纤干涉仪，与所述光纤隔离器相连，包括：气室，充有待测痕量气体，作为所述MZI光纤干涉仪的信号臂；以及PZT相位调制器，与所述气室并联关系，作为所述MZI光纤干涉仪的参考臂；终端信号处理模块，其一输入端与所述信号发生源相连，其另一输入端经光电二极管与所述MZI光纤干涉仪相连，所述终端信号处理模块用于接收信号发生源输出的参考信号及MZI光纤干涉仪的输出信号，并获取痕量气体浓度信息。

在本公开实施例中，所述MZI光纤干涉仪，还包括：第一耦合器，输入端与所述光纤隔离器的另一端相连，用于接收从所述光纤隔离器输出的光并耦合输出两路光，并通过两个输出端分别连接所述气室和PZT相位调制器的输入端；第二耦合器，输入端分别与所述气室和PZT相位调制器的输出端相连，用于将所述气室和PZT相位调制器分别输出的两路光耦合后再分为两路；第三耦合器，其输入端与所述第二耦合器输出端的一路相连，其输出端接一光电二极管；第四耦合器，与所述第三耦合器并联关系，其输入端与所述第二耦合器输出端的另一路相连，其输出端接另一光电二极管；以及相位校准模块，其输入端分别与所述第三耦合器和第四耦合器后接的光电二级管相连；其输出端连接所述PZT相位调制器的另一输入端，所述相位校准模块基于PID控制原理，用于将所述第三耦合器和第四耦合器输出的两路电信号作为误差信号转换为校准信号后输入PZT相位调制器以补偿周围环境引起的相位无规则漂移。

在本公开实施例中，所述气室为充有痕量气体的光子晶体光纤。