[发明专利]光纤气体传感的方法和传感器

权利要求书

1.光纤气体传感的方法，其特征是采用一个低反射腔镜和一个测量光纤构成光纤法布里-珀罗干涉仪检测气体吸收光能产生的声压力波信号，为光声气体传感技术提供实现方法；由激发光源发出脉冲调制的激发光，经过带通滤波器，从气腔窗口进入气腔；入射到气腔内的激发光被待测气体吸收后，就生成强度对应于气腔内待测气体浓度的声压力波；该声压力波被气腔的另一端口处的振动膜片转换为振动膜片的振动，此振动膜片即为低反射腔镜，由第一驱动电源驱动的测量光源发出的测量光信号经过光纤合波器、传输光纤和光纤分波器，进入法布里-珀罗干涉仪的测量光纤，传输到达测量光纤的端面，传输的测量光信号出射到振动膜片的表面并经反射后又有部分的测量光信号被返回测量光纤，这一返回的测量光信号与测量光纤端面直接反射的测量光信号存在光程差，从测量光纤的端面和振动膜片的表面反射回来的测量光信号经过光纤分波器、传输光纤再经过相位解调模块和信号处理及控制系统分析得出待测气体的浓度值。

2.根据权利要求1所述的光纤气体传感的方法，其特征是该激发光依次经过光纤合波器、光纤导光元件、传输光纤和光纤分波器，从光纤准直器出射，再经过带通滤波器，从气腔窗口进入气腔。

3.根据权利要求1所述的光纤气体传感的方法，其特征是其中的激发光源的光谱应覆盖待测气体的吸收峰；测量光源和激发光源发出的光束的光谱范围不重叠。

4.光纤气体传感器，包括测量光源(1)，激发光源(2)，光纤合波器(3)，传输光纤(5)，光纤分波器(6)，带通滤波器(8)，气腔窗口(9)，装有待测气体(14)的气腔(11)，由低反射腔镜即振动膜片(151)和测量光纤(152)构成的低精细度法布里珀罗干涉模块(15)，还包括光电探测单元(16)，相位解调模块(19)，信号处理及控制系统(20)；激发光源(2)连接光纤合波器(3)、传输光纤(5)、光纤分波器(6)、带通滤波器(8)，激发光源的激发光依次经过光纤合波器(3)、传输光纤(5)和光纤分波器(6)，从光纤准直器出射，再经过带通滤波器(8)从气腔窗口(9)进入气腔(11)；入射到气腔(11)内的激发光被待测气体(14)吸收，生成声压力波被气腔(11)的另一端口处的振动膜片(151)转换为振动膜片(151)的振动，此振动膜片即为低反射腔镜；由测量光源(1)发出的测量光信号经过光纤合波器(3)、传输光纤(5)和光纤分波器(6)，进入法布里-珀罗干涉模块的测量光纤(152)，传输到达测量光纤(152)的端面，从测量光纤(152)的端面和振动膜片(151)的表面反射回来的测量光信号经过光纤分波器(6)、传输光纤(5)再经过相位解调模块(17)至信号处理及控制系统(20)。

5.根据权利要求4所述的光纤气体传感器，其特征是气腔(11)的共振频率设计为1～10KHz，气腔的直径4～10mm，长度30～100mm。

6.根据权利要求4所述的光纤气体传感器，其特征是振动膜片的反射率和测量光纤的端面反射率在40％以下，对振动膜片和测量光纤的端面镀反射膜。

7.根据权利要求4所述的光纤气体传感器，其特征是振动膜片选用石英或硅片，厚度等于5-50微米，直径2-5mm。