[发明专利]气体传感器及用于检测二氧化硫气体浓度变化的方法

摘要

本发明提供了一种气体传感器及用于检测二氧化硫气体浓度变化的方法。在气体传感器中，环形腔由第一耦合器、马赫曾徳干涉计、第二滤波器和第二耦合器构成，马赫曾徳干涉计由两个耦合器以及传感臂、参考臂构成。其中，传感臂由单模光纤、空芯光纤和环行器构成，空芯光纤的纤芯内充有待测的二氧化硫气体。二氧化硫吸收泵浦光后温度增加，导致马赫曾德干涉计传感臂的光程增大；二氧化硫的浓度越高，传感臂的光程变化越大。通过测量脉冲信号光的衰荡时间变化，能够得到二氧化硫气体浓度的变化。本发明将空芯光纤光热技术、马赫曾徳干涉技术与环形腔衰荡光谱技术相结合，提高了被测气体的探测灵敏度，降低了光源起伏对测量结果的影响。

主权项

基于空芯光纤光热效应和光纤环形衰荡腔的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括环形腔(1)、第一激光器(2)、偏振器(3)、电光调制器(4)、第一隔离器(5)、第二激光器(6)、EDFA(7)、第二隔离器(8)、第一滤波器(9)和探测器(10)；其中，环形腔(1)由第一耦合器(110)、马赫曾德干涉计(120)、第二滤波器(130)和第二耦合器(140)构成；所述马赫曾德干涉计(120)包括第三耦合器(120‑1)、第四耦合器(120‑2)、传感臂(120‑3)和参考臂(120‑4)，所述传感臂(120‑3)由单模光纤、空芯光纤和环行器构成，而所述参考臂(120‑4)由单模光纤构成；其中，所述空芯光纤的纤芯内充有二氧化硫气体；所述第三耦合器(120‑1)和所述第四耦合器(120‑2)的分光比均为50：50；所述第二激光器(6)的输出波长与二氧化硫的吸收谱峰重合；所述第二激光器(6)发出的泵浦光经所述EDFA(7)、所述第二隔离器(8)、所述第一滤波器(9)和所述环形器后进入所述空芯光纤，并与所述空芯光纤内的二氧化硫相互作用；所述第一激光器(2)的输出波长与二氧化硫的吸收谱最低处重合；所述第一激光器(2)发出的信号光经所述偏振器(3)和所述电光调制器(4)后变为脉冲信号光；从所述电光调制器(4)输出的脉冲信号光经所述第一隔离器(5)后由所述第一耦合器(110)的1％输入端进入所述环形腔(1)，经所述马赫曾德干涉计(120)和所述第二滤波器(130)后进入所述第二耦合器(140)，从所述第二耦合器(140)输出的脉冲信号光分为两部分：一部分脉冲信号光经所述第二耦合器(140)的99％输出端和所述第一耦合器(110)的99％输入端后在所述环形腔(1)内完成一次循环，而另一部分脉冲信号光经所述第二耦合器(140)的1％输出端输出后由所述探测器(10)接收；其中，在所述马赫曾德干涉计(120)中，从所述第一耦合器(110)出射的脉冲信号光经过所述第三耦合器(120‑1)后分别从从所述第三耦合器(120‑1)的第一50％输出端和第二50％输出端输出，其中，从所述第三耦合器(120‑1)的第一50％输出端输出的脉冲信号光依次通过所述传感臂(120‑3)中的空芯光纤和环行器后进入所述第四耦合器(120‑2)的第一50％输入端，而从所述第三耦合器(120‑1)的第二50％输出端输出的脉冲信号光通过所述参考臂(120‑4)后进入所述第四耦合器(120‑2)的第二50％输入端，所述第四耦合器(120‑2)的输出端输出的脉冲信号光进入所述第二滤波器(130)。