[发明专利]一种光纤光热气体传感装置及方法

说明书

本发明公开并提供了一种一次谐波信号解调后没有背景噪音信号的光纤光热气体传感装置及方法。本发明中的光纤光热气体传感装置包括中红外泵浦激光器（1）、近红外探测激光器（2）、耦合组件、红外宽波段空芯光纤（3）以及光热信号探测解调组件（4），所述中红外泵浦激光器（1）以及所述近红外探测激光器（2）通过所述耦合组件与所述红外宽波段空芯光纤（3）相连接，所述红外宽波段空芯光纤（3）通过所述耦合组件与所述光热信号探测解调组件（4）相连接，所述红外宽波段空芯光纤（3）内填充待测气体。本发明适用于光纤光热气体传感领域。

技术领域

本发明涉及一种光纤光热气体传感装置及方法。

背景技术

吸收光谱法是一种常用气体测量方法，特定波长的光通过待测气体时一部分光能量被待测气体吸收，吸收能量与待测气体浓度正相关，吸光度是入射光波长的函数。波长调制光谱技术WMS对入射光的波长进行高频调制，经过气体吸收后其透射光信号含有一系列谐波信号，解调这些谐波信号就能得到气体浓度信息，同时采用高频检测降低了1/f噪音。如果对透射光信号在调制频率处解调将得到一次谐波信号1f，1f信号有很强的背景信号，因为波长调制通常采用调制激光二极管的驱动电流的方法，在调制波长的同时还会调制激光强度，称为剩余强度调制，从而给1f吸收信号带来较强的背景。而2f受背景信号影响小，所以WMS技术通常解调透射光的2f谐波信号，但WMS-2f信号强度通常比1f小很多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种一次谐波信号解调后没有背景信号的光纤光热气体传感装置及方法。

本发明中的光纤光热气体传感装置包括中红外泵浦激光器、近红外探测激光器、耦合组件、红外宽波段空芯光纤以及光热信号探测解调组件，所述中红外泵浦激光器以及所述近红外探测激光器通过所述耦合组件与所述红外宽波段空芯光纤相连接，所述红外宽波段空芯光纤通过所述耦合组件与所述光热信号探测解调组件相连接，所述红外宽波段空芯光纤内填充待测气体。

所述耦合组件包括近红外-中红外双路耦合组件以及近红外单路耦合组件，所述中红外泵浦激光器以及所述近红外探测激光器通过所述近红外-中红外双路耦合组件与所述红外宽波段空芯光纤相连接，所述红外宽波段空芯光纤通过所述近红外单路耦合组件与所述光热信号探测解调组件相连接。

所述近红外-中红外双路耦合组件包括第一气室、二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第一光纤准直镜，所述第一气室适配连接设置在所述红外宽波段空芯光纤的输入端，所述二向色镜与所述第一气室相对应设置，所述中红外泵浦激光器的发射端、所述第一聚焦透镜以及所述二向色镜依次相对应设置，所述第一光纤准直镜的输入端与所述近红外探测激光器的输出端光纤连接，所述第一光纤准直镜的输出端、所述第二聚焦透镜以及所述二向色镜依次相对应设置，所述近红外单路耦合组件包括第二气室、准直透镜以及近红外光纤耦合镜，所述第二气室适配设置在所述红外宽波段空芯光纤的输出端 ，所述第二气室、所述准直透镜以及所述近红外光纤耦合镜的输入端依次相对应设置，所述近红外光纤耦合镜的输出端通过光纤与所述光热信号探测解调组件相连接。

所述近红外-中红外双路耦合组件包括第一对尾气室以及红外宽波段光纤合束器，所述红外宽波段空芯光纤的输入端适配插置在所述第一对尾气室内，所述红外宽波段光纤合束器的输入端分别与所述中红外泵浦激光器的输出端以及所述近红外探测激光器的输出端光纤连接，所述红外宽波段光纤合束器的输出端连接第一输出光纤，所述输出光纤适配插置在所述第一对尾气室内并与所述红外宽波段空芯光纤的输入端适配对应设置，所述近红外单路耦合组件包括第二对尾气室以及第二输出光纤，所述红外宽波段空芯光纤的输出端适配插置在所述第二对尾气室内，所述第二输出光纤的输入端适配插置在所述第二对尾气室内并与所述红外宽波段空芯光纤的输出端适配对应设置，所述第二输出光纤的输出端与所述光热信号探测解调组件相连接。

所述光热信号探测解调组件近红外光电探测器，所述近红外光电探测器与所述近红外单路耦合组件相连接。