[发明专利]全光纤温度补偿型气体传感器及其补偿方法

摘要

本发明公开了一种全光纤温度补偿型气体传感器，包括激光选频与放大、气体信号探测、温度信号探测、数据采集与处理四部分。传感器以光纤环腔激光器为主体，传感气室和光纤光栅分别作为气体和温度探头，通过算法补偿温度变化对气体吸收系数的影响，得到不同温度下气体吸光度与浓度之间的关系。补偿时，通过预先标定的气体温度-吸光度关系得到当前温度和参考温度下气体谱线吸光度比例系数，根据该系数将参考温度下标定的气体浓度-吸光度关系转换为当前温度下的气体浓度-吸光度关系，再通过插值算法由当前气体吸光度得到补偿后的气体浓度。本发明采用全光纤结构，具有抗电磁干扰能力强、易构成传感网络等优点，具有广阔的应用前景。

主权项

一种全光纤温度补偿型气体传感器，其特征在于，包括激光选频与放大部分、气体信号探测部分、温度信号探测部分和数据采集与处理部分；所述激光选频与放大部分包括掺铒光纤放大器（1）、隔离器（2）、光纤法珀可调谐滤波器（3）、第一光环形器（4）、偏振控制器（5）和可调衰减器（6），上述各器件依次连接构成环腔；所述光纤法珀可调谐滤波器（3）与所述第一光环形器（4）的端口1相连，所述偏振控制器（5）与第一光环形器（4）的端口3相连；所述光纤法珀可调谐滤波器（3）用锯齿波扫描电压驱动，用于激光的选频与调谐；所述掺铒光纤放大器（1）和可调衰减器（6）协同使用实现激光放大；所述气体信号探测部分包括耦合器（7）、传感气室（8）、全反镜（9）和第一光探测器（10）；所述耦合器（7）的端口1与所述第一光环形器（4）的端口2相连，所述耦合器（7）的端口2连接至所述第一光探测器（10），所述耦合器（7）的端口3与所述传感气室（8）和全反镜（9）依次连接；光信号经传感气室（8）中的气体吸收后由全反镜（9）返回，一部分由第一光探测器（10）接收得到气体吸收光谱，另一部分经第一光环形器（4）的端口2返回所述激光选频与放大部分构建的环腔继续自激放大；所述温度信号探测部分包括第二光环形器（11）、光纤光栅（12）和第二光探测器（13）；所述第二光环形器（11）的端口1与所述耦合器（7）的端口4相连，所述第二光环形器（11）的端口2连接至所述光纤光栅（12），所述第二光环形器（11）的端口3连接至所述第二光探测器（13）；所述第二光探测器（13）负责采集光纤光栅（12）的反射光谱，用于光纤光栅（12）中心波长的解调以获得实时环境温度；所述数据采集与处理部分包括数据采集卡（14）和计算机（15）；所述数据采集卡（14）通过导线采集所述第一光探测器（10）和第二光探测器（13）输出的光电压信号，并为所述光纤法珀可调谐滤波器（3）和可调衰减器（6）提供电压驱动信号；所述计算机（15）通过USB线与数据采集卡（14）连接，对采集到的信号进行处理。