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原文传递一种基于频分复用的分布式光纤气体检测装置及检测方法

专利名称：	一种基于频分复用的分布式光纤气体检测装置及检测方法
摘要：	本发明公开了一种基于频分复用的分布式光纤气体检测装置及检测方法，利用空芯光子晶体光纤作为传感光纤，传感光纤中增加了弱光纤光栅，消除相位正交以及光强过弱导致干涉条纹相消或者强度为零的现象，第二激光器发出的信号作为泵浦光在传感光纤中与气体相互作用，气体吸收泵浦光后产生周期性的调制特性，第一激光器发出的探测信号与周期性调制的气体相互作用，使得探测信号的相位产生变化，探测信号在传感光纤中产生背向瑞利散射信号，通过检测瑞利散射信号相位信息，得到传感光纤沿线上气体的浓度和成分信息，本发明采用多个脉冲探测技术实现频分复用以解决高频响应能力，实现高精度的气体浓度信息的检测，而且对多种气体检测具有相同的适用性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏禾吉新材料科技有限公司
发明人：	钟栋青;王如刚;王上;季杰;蒋蕾
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910716726.8
公开号：	CN110376160A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	马严龙
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	224051 江苏省盐城市盐都区盐龙街道智能终端创业园二期12号楼(D)
主权项：	1.一种基于频分复用的分布式光纤气体检测装置，其特征在于：包括第一激光器（200）、第一隔离器（201）、第一耦合器（202）、第二耦合器（203）、第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）、脉冲发生器（207）、第三耦合器（208）、第一掺铒光纤放大器（209）、环形器（210）、传感光纤（211）、第二掺铒光纤放大器（212）、第二隔离器（213）、第二激光器（214）、激光控制器（215）、锁相放大器（216）、第四耦合器（217）、光电探测器（218）、信号采集卡（219）、信号处理及显示单元（220），所述第一激光器（200）、第一隔离器（201）、第一耦合器（202）依次线路连接，所述第一耦合器（202）分别与第二耦合器（203）和第四耦合器（217）线路连接，所述第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）的一侧分别连接第二耦合器（203），另一侧分别连接第三耦合器（208），所述第三耦合器（208）、第一掺铒光纤放大器（209）、环形器（210）依次线路连接，所述环形器（210）也线路连接第四耦合器（217），第四耦合器（217）连接光电探测器（218），所述信号采集卡（219）分别连接光电探测器（218）和信号处理及显示单元（220），所述信号采集卡（219）、锁相放大器（216）、激光控制器（215）、第二激光器（214）、第二隔离器（213）、第二掺铒光纤放大器（212）、传感光纤（211）、环形器（210）依次线路连接；所述第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）分别线路连接脉冲发生器（207），脉冲发生器（207）线路连接信号采集卡（219）。 2.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述第一激光器（200）和第二激光器（214）均为波长和功率可调谐的激光器，所述传感光纤（211）为空芯光子晶体光纤。 3.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述传感光纤（211）沿光纤表面设置有若干小孔，小孔为气体进入空芯光纤的通道，所述传感光纤（211）内置弱反射光栅。 4.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述光电探测器（218）采用平衡探测器。 5.根据权利要求1所述的一种分布式多参量光纤气体检测系统，其特征在于：所述第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）为具有三种频移量的声光调制器。 6.一种基于频分复用的分布式光纤气体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：第一激光器（200）发出的激光信号经第一隔离器（201）进入第一耦合器（202），第一耦合器（200）将激光信号分成两束信号，第一束信号作为本振信号进入第四耦合器（217），第二束信号进入第二耦合器（203），第二耦合器（203）将信号分成三束信号，三束信号分别进入第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206），第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）将第三束信号调制成脉冲信号，且信号的频率产生频移，三束脉冲信号在第三耦合器（208）里耦合后进入第一掺铒光纤放大器（209）中，经第一掺铒光纤放大器（209）放大后的脉冲信号进入环形器（210）的#1端口，从环形器（210）的#2端口输出进入传感光纤（211），在传感光纤中，脉冲信号光产生背向瑞利散射信号，背向瑞利散射信号通过环形器（210）的#2端口进入环形器（210），从环形器（210）#3端口输出的背向瑞利散射信号进入第四耦合器（217），与第一束激光信号在第四耦合器（217）上耦合，从第四耦合器（217）上耦合后输出的信号进入光电探测器（218）后转换成电信号，电信号输入到信号采集卡（219）中，信号采集卡（219）输出的一路信号进入到锁相放大器（216），锁相放大器（216）输出的信号连接到激光控制器（215），激光控制器（215）的输出信号驱动第二激光器（214），从第二激光器（214）输出的激光信号通过第二隔离器（213）进入第二掺铒光纤放大器（212），经第二掺铒光纤放大器（212）放大的信号进入传感光纤（211），在传感光纤（211）中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器（212）输出的信号，产生相位调制现象，从环形器（210）的#2端口输入到传感光纤中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息，信号采集卡（219）输出的另一路信号连接到信号处理及显示单元（220），获得传感光纤沿线上的气体浓度信息，脉冲发射器（207）产生的脉冲电信号连接到声光调制器的电信号输入端驱动第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）和第三声光调制器（206）工作，脉冲发射器（207）输出的同步信号连接到信号采集卡（219）的同步信号输入端以保持信号采集卡（219）和第一声光调制器（204）、第二声光调制器（205）、第三声光调制器（206）处在同步状态。
所属类别：	发明专利