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原文传递基于微纳光纤的气体传感装置及浓度检测方法

专利名称：	基于微纳光纤的气体传感装置及浓度检测方法
摘要：	本申请提供了一种基于微纳光纤的气体传感装置及浓度检测方法，包括：第一激光驱动器、第二激光驱动器、微纳光纤、气室、光栅、探测模块和处理器；微纳光纤放置并密封于气室中，气室内填充有待测气体；微纳光纤的两端分别熔接一个光栅；第一激光驱动器和第二激光驱动器分别与微纳光纤连接；探测模块与处理器和远离第一激光驱动器和第二激光驱动器一端的光栅连接。通过本申请实施例提供的一种基于微纳光纤的气体传感装置及浓度检测方法，通过在基于微纳光纤的气体传感装置中设置微纳光纤，使得折射率发生了微小的变化，探测光在F‑P腔中的光强度也能有较大的强度变化，因此有较高的灵敏度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	朗思传感科技(深圳)有限公司
发明人：	颜悦;王震;任伟;许可
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-12T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311316119.5
公开号：	CN117074366A
代理机构：	深圳市深佳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张晓
分类号：	G01N21/41;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/41;G01N21/01
申请人地址：	518066 广东省深圳市前海深港合作区南山街道前海青年梦工场7号楼201
主权项：	1.一种基于微纳光纤的气体传感装置，其特征在于，包括：第一激光驱动器、第二激光驱动器、微纳光纤、气室、光栅、探测模块和处理器；所述微纳光纤放置并密封于所述气室中，所述气室内填充有待测气体；所述微纳光纤的两端分别熔接一个所述光栅，其中，所述光栅对于泵浦光的透过率大于对探测光的透过率，所述光栅对于所述探测光的反射率大于对所述泵浦光的反射率；所述第一激光驱动器和所述第二激光驱动器分别与所述微纳光纤连接；所述探测模块与所述处理器和远离所述第一激光驱动器和所述第二激光驱动器一端的光栅连接；在进行待测气体的浓度检测时，利用所述第一激光驱动器向所述微纳光纤输入泵浦光，并利用所述第二激光驱动器向所述微纳光纤输入所述探测光，进入到所述微纳光纤的所述泵浦光在所述微纳光纤的两端的所述光栅之间直接通过，进入到所述微纳光纤的所述探测光在所述微纳光纤的两端的所述光栅之间反射，从而利用所述微纳光纤形成F-P腔；在所述泵浦光在所述F-P腔的两端的所述光栅之间通过的过程中，部分泵浦光会进入到所述气室内，进入所述气室的所述泵浦光的能量被所述待测气体所吸收，吸收了所述泵浦光的能量的待测气体的温度升高，温度升高的待测气体对所述F-P腔加热，从而改变所述F-P腔对所述探测光的折射率；在所述探测光在折射率改变的所述F-P腔两端的所述光栅之间进行反射的过程中，通过所述探测模块对穿过微纳光纤的探测光的光强度进行检测，并将检测到的所述探测光的光强度发送到所述处理器；所述处理器，用于根据接收到的所述探测光的光强度对所述待测气体的浓度进行检测。 2.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，所述处理器，用于根据接收到的所述探测光的光强度对所述待测气体的浓度进行检测，包括：根据接收到的所述探测光的光强度，形成所述探测光的光强度在预设波段内的曲线，并从所述探测光的光强度在所述预设波段内的曲线中得到所述探测光的基准波长对应的光强度；获取所述泵浦光的波长，并利用所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，对所述待测气体的浓度进行检测。 3.根据权利要求2所述的气体传感装置，其特征在于，所述处理器，用于利用所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，对所述待测气体的浓度进行检测，包括：根据多组所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，得到所述探测光的基准波长的光强度随着所述泵浦光的波长的变化而发生改变的待测气体的光热信号图；获取预设浓度的待测气体的光热信号图，将所述待测气体的光热信号图与预设浓度的待测气体的光热信号图进行比对，得到所述待测气体的浓度。 4.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，在进行待测气体的浓度检测之前，利用第二激光驱动器向所述微纳光纤输入预设波段内的探测光，使得所述探测光在所述微纳光纤的两端的所述光栅之间反射，从而利用所述微纳光纤形成F-P腔；并通过所述探测模块对穿过微纳光纤的探测光的强度进行检测，并将检测到的所述探测光的强度发送到所述处理器；所述处理器，用于根据接收到的所述探测光的强度，形成所述探测光的强度在预设波段内的变化曲线，并从所述变化曲线中选择强度变化率最大的波长为所述探测光在预设波段内的基准波长，并将所述探测光的基准波长在所述变化曲线中对应的探测光的强度确定为所述探测光的基准强度。 5.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，所述F-P腔和所述光栅之间满足如下的关系式：其中， />表示所述F-P腔的品质因素，/>是F-P腔内损耗，R 是光栅的反射率，L 是F-P腔的长度。 6.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，接收到的所述探测光的光强度与所述微纳光纤、所述泵浦光的功率之间的关系采用以下公式表示：其中，H表示接收到的所述探测光的光强度， />表示泄露在微纳光纤外侧的泵浦光与输入到微纳光纤中的泵浦光的能量比，/>是所述待测气体吸收系数，/> 是所述泵浦光的功率，A是所述微纳光纤的等效截面积。 7.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，所述泵浦光的波长在所述待测气体的吸收波段内；预设波段内的所述探测光的波长不在所述待测气体的吸收波段内。 8.一种气体浓度的检测方法，用于执行上述权利要求1-7中任一项所述的基于微纳光纤的气体传感装置中的处理器的功能，其特征在于，所述方法包括：根据接收到的所述探测光的光强度，形成所述探测光的光强度在预设波段内的曲线，并从所述探测光的光强度在所述预设波段内的曲线中得到所述探测光的基准波长对应的光强度；获取所述泵浦光的波长，并利用所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，对所述待测气体的浓度进行检测。 9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，对所述待测气体的浓度进行检测，包括：根据多组所述泵浦光的波长以及从所述曲线中得到的所述探测光的基准波长的光强度，得到所述探测光的基准波长的光强度随着所述泵浦光的波长的变化而发生改变的待测气体的光热信号图；获取预设浓度的待测气体的光热信号图，将所述待测气体的光热信号图与预设浓度的待测气体的光热信号图进行比对，得到所述待测气体的浓度。 10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：根据接收到的所述探测光的强度，形成所述探测光的强度在预设波段内的变化曲线，并从所述变化曲线中选择强度变化率最大的波长为所述探测光在预设波段内的基准波长，并将所述探测光的基准波长在所述变化曲线中对应的探测光的强度确定为所述探测光的基准强度。
所属类别：	发明专利