详情

原文传递一种具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置及方法

专利名称：	一种具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置及方法
摘要：	一种具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，包括依次连接的第一激光器、第一隔离器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器；环形器的第三端口依次连接第一耦合器、延迟光纤、第二耦合器、第一光电探测器、信号采集卡、脉冲发生器，脉冲发生器的控制端接声光调制器；信号采集卡的输出端连接信号处理及显示单元；本发明利用弱光纤光栅反射点融合自相干检测的测量系统，实现低频检测性能的分布式光纤气体检测，空芯光子晶体光纤作为传感光纤，传感光纤中熔接了弱光纤光栅作为固定反射点，结合多个探测器实现低频信号的准确测量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	盐城工学院
发明人：	周锋;徐东超;王新宇;祁欣玥;戚志澳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910692199.1
公开号：	CN110632025A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	赵艳平
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	224051 江苏省盐城市希望大道中路1号
主权项：	1.一种具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，其特征在于，包括依次连接的第一激光器、第一隔离器、声光调制器、第一掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、第二激光器、激光控制器、锁相放大器；环形器的第三端口即3#端口依次连接第一耦合器、延迟光纤、第二耦合器、第一光电探测器、信号采集卡、脉冲发生器，脉冲发生器的控制端接声光调制器；信号采集卡的输出端连接信号处理及显示单元；第一激光器发出的激光信号经第一隔离器进入声光调制器，声光调制器将激光信号调制成脉冲信号，脉冲信号进入第一掺铒光纤放大器中，经第一掺铒光纤放大器放大后的脉冲信号进入环形器的1#端口，从环形器的2#端口输出进入传感光纤，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的2#端口进入环形器，从环形器的3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第一耦合器，第一耦合器将背向瑞利散射信号分成并联的两束信号，第一束信号直接进入第二耦合器，第二束信号经延迟光纤后进入第二耦合器，第二耦合器将背向瑞利散射信号进入光电探测器转换成电信号、电信号输入到信号采集卡中；信号采集卡输出的一路信号进入到锁相放大器，锁相放大器输出的信号连接到激光控制器，激光控制器的输出信号驱动第二激光器，从第二激光器输出的激光信号通过第二隔离器进入第二掺铒光纤放大器，经第二掺铒光纤放大器放大的信号进入传感光纤，在传感光纤中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器输出的信号，产生相位调制现象，从环形器的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，脉冲发射器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光调制器工作，脉冲发射器输出的同步信号连接到信号采集卡的同步信号输入端以保持信号采集卡、声光调制器处在同步状态，信号采集卡输出的另一路信号连接到信号处理及显示单元，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息。 2.根据权利要求1所述的具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，其特征在于，第二耦合器将背向瑞利散射信号分成三束信号，三束信号分别进入并联的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器后转换成三束电信号，电信号输入到信号采集卡中。 3.根据权利要求1所述的具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器均为波长和功率可调谐的激光器，所述传感光纤为空芯光子晶体光纤。 4.根据权利要求1所述的具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，其特征在于，传感光纤沿光纤表面利用飞秒加工技术制作均匀分布或非均匀分布的小孔作为气体进入空芯光纤的通道，且光纤晶体光纤每隔一定间隔处连接弱反射光栅。 5.根据权利要求1所述的具有低频检测性能的分布式光纤气体检测装置，其特征在于，所述光电探测器是平衡探测器或其它PIN光电探测器。 6.一种根据权利要求1-5之一所述的检测装置的分布式光纤气体检测方法，其特征在于，包括下列步骤：第一激光器发出的激光信号经第一隔离器进入声光调制器，声光调制器将激光信号调制成脉冲信号，脉冲信号进入第一掺铒光纤放大器中，经第一掺铒光纤放大器放大后的脉冲信号进入环形器1#端口，从环形器2#端口输出进入传感光纤，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2#端口进入环形器，从环形器3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第一耦合器，第一耦合器将背向瑞利散射信号分成两束信号，第一束信号进入第二耦合器，第二束信号经延迟光纤后进入第二耦合器，第二耦合器将背向瑞利散射分成三束信号，三束信号分别进入第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器后转换成三束电信号，电信号输入到信号采集卡中，信号采集卡输出的一路信号进入到锁相放大器，锁相放大器输出的信号连接到激光控制器，激光控制器的输出信号驱动第二激光器，从第二激光器输出的激光信号通过第二隔离器进入第二掺铒光纤放大器，经第二掺铒光纤放大器放大的信号进入传感光纤，在传感光纤中，待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器输出的信号，产生相位调制现象，从环形器的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，脉冲发射器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光调制器工作，脉冲发射器输出的同步信号连接到信号采集卡的同步信号输入端以保持信号采集卡、声光调制器处在同步状态，信号采集卡输出的另一路信号连接到信号处理及显示单元，获得传感光纤沿线上的气体浓度信息。 7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，在测量过程中，采用查找表来进行相位解调技术，以消除解调过程中带来的噪声，提高分布式光纤气体检测系统的低频信号测量精度。 8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，传感光纤是2500m的光子晶体光纤，利用飞秒加工技术在传感光纤上间隔50m制作一个圆孔，圆孔的直径为7.0μm，且在传感光纤上从左向右连接3个弱光纤光栅，弱光纤光栅的间隔为100m，反射率分别为-34.8dB、-33.2dB和-36.3dB，反射中心波长都为1550.12nm。 9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在测量过程中，采用查找表来进行相位解调：根据预先设置好圆环状的相位幅度对应表，圆环内测量的点即为气体吸收泵浦信号后产生相位变化附近反射点的幅度归一化后的坐标。
所属类别：	发明专利