[实用新型]一种基于分布反馈光纤激光器的微水检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的微水检测系统，属于光纤激光传感与气体检测技术领域。

背景技术

微水含量的检测在电力工业、石油化工以及医疗行业等领域中有着至关重要的作用。随着电力工业的迅速发展，六氟化硫(SF6)电气设备得到了广泛的应用。在运行中，SF6气体受电弧放电或高温后，会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物，电弧消失后会又化合成稳定的SF6气体。但是当气体中含有水分时，氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等，从而腐蚀电气设备，降低设备绝缘能力，危及维护人员的生命安全。要完全清除仪器内SF6气体的水分是不可能的，但是时刻掌握SF6气体微水含量，采取相应的预防控制措施，减少SF6气体中的水分，可以保证和提高断路器的安全运行可靠性。天然气是当今世界上最重要的能源之一，且天然气在向外传输之前需要进行净化处理。水分是天然气中重要的污染物之一，在天然气的净化处理和传输的各阶段都需要实时监测水分含量。过多的水分会导致管道中水化物的形成以及运输管道的腐蚀，不仅降低天然气的热值和品质并会导致严重的安全事故。另外由于世界各地对天然气需求的快速增长，液化天然气的处理和传输得到了越来越多的关注。天然气中的水分在低温处理设备中结冰会损坏液化和压缩设备，因此在液化天然气的预处理、降温、加压等过程中需要精确地监测及控制水分含量。由此可见，随着人们对环境质量和生产安全的重视，微水检测、分析仪器或方法应运而生，新型的气体检测技术也在不断的研究和创新中。如浙江大学的宓云軿，王晓萍等，于2007年，在光学仪器期刊上发表了文章《光腔衰荡光谱技术及其应用综述》，阐述了一种用于气体检测的衰荡光谱技术，该技术利用计算光脉冲的e指数衰减时间常数来得到气体浓度，该技术虽然能达到较低的检测限，但是结构较复杂，难以实现多点同时检测。

分布反馈光纤激光器(DFB-FL)是一种新型有源的光纤传感元件，当有外部压力作用其上时，DFB-FL的光纤光栅长度和折射率都会产生变化，从而会引起DFB-FL输出激光波长的移动。采用高分辨率的干涉式波长位移解调和相位载波调制解调技术，可以精确的得到波长的变化量，并且此方法具有极高的探测灵敏度和极大的动态范围。由于DFB-FL具有波长编码特性，可利用波分复用技术，在同一根光纤中串联多个不同波长的DFB-FL组成光纤传感阵列，易于复用组阵。而DFB-FL作为传感基元的工作环境一般都比较恶劣，需要进行封装设计来对传感器件进行保护和维护传感器件的传感特性。一般的封装形式是外壳采用刚性材料，例如铝合金，内部填充弹性材料等。而吸水膨胀橡胶(Water swelling rubber，简称WSR)是20世纪70年代后期开发的一种新型的功能性吸水材料。WSR具有快速吸水及保持大量水分而又不溶于水的特点，吸水后可膨胀至自身质量或体积的数倍乃至数百倍，并产生较大膨胀压力。这里就可以将WSR作为DFB-FL封装结构中的内部填充材料。当把已封装的DFB-FL传感基元放入待检测气体中时，当气体中含有水蒸汽时，吸水膨胀橡胶材料会快速吸收并锁住水分子，随着水分子的不断增加，橡胶材料发生膨胀形变从而对DFB-FL产生挤压作用，引起DFB-FL输出激光的波长产生漂移。而通过采用高分辨率的干涉式波长位移解调和相位载波调制解调技术，可以准确的得出施加在DFB-FL上的应力大小，由此可以得出吸水膨胀橡胶材料的膨胀度并准确得出所检测气体中微水的含量。

发明内容

本实用新型提出了一种基于分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的微水检测系统，旨在提供快速、稳定、可远距离在线检测、可同时多点检测、具有高探测灵敏度和极大动态范围的波长解调和微水检测系统。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的。