[发明专利]一种基于微纳光纤阵列的光热光谱气体检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于微纳光纤阵列的光热光谱气体检测装置，其特征在于，包括：

光发射组件、第一单模光纤耦合器(81)、微纳光纤阵列气室(9)、光学窄带滤波器(10)、光学移频模块(12)、光转换组件；

所述光发射组件与所述光学移频模块(12)和所述光转换组件连接；

所述光发射组件与第一单模光纤耦合器(81)、微纳光纤阵列气室(9)、光学窄带滤波器(10)、光转换组件依次连接；

其中，所述微纳光纤阵列气室(9)中包括微纳光纤传感阵列结构。

2.根据权利要求1所述的光谱气体检测装置，其特征在于，所述光发射组件包括泵浦光发射模块(7)、探测光发射模块(11)和第二单模光纤耦合器(82)；

所述第二单模光纤耦合器(82)用于将所述探测光模块(11)发出的探测光分成两束；

所述泵浦光发射模块(7)和所述探测光发射模块(11)同侧设置。

3.根据权利要求1所述的光谱气体检测装置，其特征在于，所述光转换组件包括：第三单模光纤耦合器(83)、光电探测器(13)、信号解调分析模块(14)；

所述第三单模光纤耦合器(83)、光电探测器(13)、信号解调分析模块(14)依次连接。

4.根据权利要求1所述的光谱气体检测装置，其特征在于，所述信号处理模块(14)中包括示波器、频谱仪、锁相放大器，用于将拍频电信号解调成二次谐波信号。

5.根据权利要求1所述的光谱气体检测装置，其特征在于，所述微纳光纤阵列气室(9)包括：气口(1)、筛网(2)、玻璃板(3)、U型玻璃槽(4)、锥形微纳光纤(5)、标准单模光纤(6)；其中，被固定于所述玻璃板(3)上的多个U型玻璃槽(4)以及其内部封装的微纳光纤(5)构成了微纳光纤传感阵列结构。

6.根据权利要求1所述的光谱气体检测装置，其特征在于，所述微纳光纤传感阵列结构的制备流程为：

取适当长度的标准单模光纤，用剥线钳去除其表面的涂覆层约4-5cm长度，随后用无尘纸蘸取高浓度酒精将光纤表面擦拭干净；使用氢氧焰熔融拉锥机对剥去涂覆层的单模光纤进行拉锥处理，设置合适的参数拉制出锥腰直径约1μm的微纳光纤；用紫外胶水将拉制完成的微纳光纤固定于U型玻璃槽内，并将玻璃槽固定于玻璃板上；重复上述操作即可在单个玻璃板上制成S型的微纳光纤阵列。

7.一种基于微纳光纤阵列的光热光谱气体检测方法，其特征在于，包括：

将探测光与泵浦光输入到微纳光纤阵列气室内；

待测气体选择性吸收泵浦光导致的局部折射率调制会相应地调制探测光的相位，取得探测光相位的变化并将其解调成二次谐波信号；

最终通过二次谐波信号的幅值可以反演推算出待测气体的浓度。

8.根据权利要求1所述的气体检测方法，其特征在于，通过单模光纤耦合器将探测光和泵浦光进行合束后输入到微纳光纤阵列气室内。