[发明专利]采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置

说明书

采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置，属于光纤气体传感领域，该系统包括DFB激光器、光纤耦合器、气室、光电探测器、跨阻放大器、数据采集卡、激光二极管控制器、掺铒光纤放大器和计算机。DFB激光器输出端连接耦合器a的一输入端，耦合器a的输出端连接气室的输入端，气室的输出端连接耦合器b的输入端，耦合器b的一输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，掺铒光纤放大器的输出端连接耦合器a的另一输入端，耦合器b的另一输出端连接光电探测器，光电探测器输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端连接数据采集卡，数据采集卡连接计算机，DFB激光器由激光二极管控制器控制。该装置具有光程长，检测灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种长光程气体检测技术。具体讲的是一种采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置。属于光纤气体传感技术领域。

背景技术

在工农业生产中，对气体浓度的精确和可靠的测量是至关重要的。由于与红外光谱吸收法气体浓度检测相关的器件的成本逐渐降低，且工作性能得到大幅度优化，使用寿命增长，同时更加稳定，所以红外光谱吸收法在气体浓度检测领域得到迅速的发展及推广。

红外光谱吸收法气体检测的基本工作原理为：不同的气体分子在其特定的波长处存在着独特的吸收谱线，入射光束入射到气室后被气体吸收后，其强度会发生相应程度的衰减，通过测量透射光强信号的衰减来求得气体浓度。

《光学学报》，2010年，30卷12期，3655-3659页，作者为裴世鑫、崔芬萍、张成义、李传起，名称为《基于积分腔输出光谱技术的水汽探测研究》的文章提出一种基于可调谐半导体激光器的积分腔输出光谱(TDLICOS)系统，将激光耦合到吸收池后,将会在腔内多次反射,从而获得很长的吸收光程，但该系统结构中的积分腔的反射腔镜存在着损耗，因此光程受到了限制，且积分腔制作非常困难，不易实现。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置，通过掺铒光纤放大器对系统中的光进行放大，来补偿系统中损失的光强，光通过环形腔多次进入气室，从而增大了吸收光程，以提高系统的检测灵敏度。

本发明采用的技术方案如下：

一种采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置，包括DFB激光器、光纤耦合器a、气室、光纤耦合器b、光电探测器、跨阻放大器、数据采集卡、激光二极管控制器、掺铒光纤放大器和计算机，其特征在于DFB激光器输出端通过光纤连接分光比为1:1的1×2光纤耦合器a的一输入端，光纤耦合器a的输出端通过光纤连接气室的输入端，气室的输出端通过光纤连接分光比为1:99的1×2光纤耦合器b的输入端，光纤耦合器b的分光比为99的输出端通过光纤连接掺铒光纤放大器的输入端，掺铒光纤放大器的输出端通过光纤连接到光纤耦合器a的另一输入端，光纤耦合器b的分光比为1的输出端通过光纤连接到光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器的输出端连接到数据采集卡，数据采集卡和计算机相连接，DFB激光器和激光二极管控制器相连接并由其调节控制；

所述的光纤耦合器a，气室，光纤耦合器b，掺铒光纤放大器构成环形腔；

所述的DFB激光器的驱动调节控制也可使用单片机及温控模块以取代激光二极管控制器，使用单片机时分别将单片机连接到DFB激光器以产生高频调制信号和低频扫描信号，两者叠加后作为电流驱动信号，用来驱动DFB激光器，温控模块连接到DFB激光器以控制DFB激光器的温度；

所述的跨阻放大器也可使用前置放大器和锁相放大器来代替，即光电探测器的输出端连接前置放大器，前置放大器后面连接到锁相放大器，锁相放大器输出端和数据采集卡相连接。

所述的DFB激光器的中心波长为1530nm或1544nm。