以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀的製作方法
2023-10-09 21:09:34 1
專利名稱：以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外線氣體濃度檢測裝置，尤其是一種以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀。
背景技術：
紅外氣體分析儀是利用光能量被氣體分子選擇特定頻率吸收的吸收光譜原理，來測量氣體的濃度。紅外氣體分析儀由光發射單元、氣室、光接收單元、數據處理單元以及其它輔助單元組成。光發射單元包括各種紅外光源，其發射的紅外光射入氣室，被氣室中的氣體吸收衰減後，照射到接收單元。接收單元一般包括紅外探測器，它將紅外光的吸收衰減變化量轉化為電信號變化量，該電信號被數據處理單元處理後，即可得到被測氣體中某些分子的濃度值。
具體來說，光源發射出的特定波長的紅外光穿過被測氣體時，被測氣體吸收，導致特定頻率光的強度產生衰減，光強度的衰減與被測氣體濃度相關，通過測量光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。例如專利號為CN85104270、CN85104309、CN92112896.7、CN94194491.3、CN00803825.2、CN00238371.3、CN95206150.3的專利所公開的技術內容。通常氣室是含有被測氣體的較大尺寸的封閉部件或者是一段開放的空間，紅外光在其中是以近似直線傳播或者是經過多次反射的折線傳播的。因而氣室需要有一定的傳播長度產生足夠的光損耗，這使紅外線式氣體分析儀體積較大、笨重，並且需要對光發射單元、接收單元進行對準調節，這對分析儀的維護也產生重要問題。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種結構緊湊的，適合便攜和廉價的紅外線氣體分析儀。
本發明包括測量路徑和參考路徑。
測量路徑中的測量路徑光子晶體光纖一端連接在進氣連接單元上並與進氣連接單元相通，另一端連接在出氣連接單元上並與出氣連接單元相通。進氣連接單元為中空，設有進氣口；出氣連接單元為中空，設有出氣口。待測氣體可以通過進氣口通入測量路徑光子晶體光纖，經過測量路徑光子晶體光纖通過出氣口排出，這樣測量路徑光子晶體光纖內充滿了待測氣體。測量路徑輸入光纖一端與進氣連接單元連接，另一端與光開關連接。測量路徑輸出光纖一端與出氣連接單元連接，另一端與光纖耦合器連接。測量路徑光子晶體光纖的兩個埠分別與測量路徑輸入光纖埠和測量路徑輸出光纖埠位置對應，實現光耦合。
參考路徑中的參考路徑光子晶體光纖兩端分別與兩個中空的封閉連接器連接並相通，裡面充滿參考氣體。參考路徑輸入光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光開關連接。參考路徑輸出光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光纖耦合器連接。參考路徑光子晶體光纖的兩個埠分別與參考路徑輸入光纖埠和參考路徑輸出光纖埠位置對應，實現光耦合。
光發射單元的紅外光源通過光纖與光開關連接，光接收單元的紅外探測器通過光纖與光纖耦合器連接。光發射單元的控制信號輸入端、光接收單元信號輸出端以及光開關分別與數據處理單元電連接。
所述的光發射單元的紅外光源與光開關之間設有光濾波器；所述的光接收單元的紅外探測器與光纖耦合器之間設有光濾波器。其作用是使需要頻率的光通過，而濾除不需要頻率的光。
本發明中也可以不使用光開關，而採用兩個光發射單元，其紅外光源分別接入測量路徑輸入光纖和參考路徑輸入光纖，控制信號輸入端分別與數據處理單元電連接，也可達到相同的發明目的。該方案也在本專利的保護範圍內。
光發射單元、光接收單元和數據處理單元採用現有紅外氣體分析儀相應的技術。
本發明利用光子晶體光纖能束縛傳導光的特性以及其芯層可以是空心的特點，直接將光子晶體光纖的中空芯層作為氣室，光在其中以導波的形式傳播的。其主要優點是，由於光子晶體光纖具有柔韌性、可以捲曲起來，光在其中傳播也以導波的方式沿著光纖彎曲傳播，因而氣室的尺寸可以很小；增加光子晶體光纖的長度可以增加光傳播的路徑長度，從而增加氣體對光吸收的幅度，提高紅外線式氣體分析儀的性能；光子晶體光纖的重量很輕，能大幅減輕分析儀的重量；本實用新型有被測氣體測量路徑合參考氣體測量路徑，通過分別測量合比較被測氣體測量路徑與參考氣體測量路徑的光衰減，可減小溫度等環境因素對氣體濃度測量的影響，因而有更高的測量精度。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，該氣體濃度檢測裝置包括測量路徑20和參考路徑21。
其中，測量路徑20中的測量路徑光子晶體光纖8一端連接在進氣連接單元6上並與進氣連接單元6相通，另一端連接在出氣連接單元10上並與出氣連接單元10相通。進氣連接單元6為中空，設有進氣口7。出氣連接單元10為中空，設有出氣口9。待測氣體可以通過進氣口7通入測量路徑光子晶體光纖8，經過測量路徑光子晶體光纖8通過出氣口9排出，這樣測量路徑光子晶體光纖8內充滿了待測氣體。測量路徑輸入光纖5一端與進氣連接單元6連接，另一端與光開關4連接。測量路徑輸出光纖11一端與出氣連接單元10連接，另一端與光纖耦合器12連接。測量路徑光子晶體光纖8的兩個埠分別與測量路徑輸入光纖5埠和測量路徑輸出光纖11埠位置對應，實現光耦合。
參考路徑21中的參考路徑光子晶體光纖17兩端分別與兩個中空的封閉連接器16和18連接並相通，裡面充滿參考氣體。參考路徑輸入光纖15一端與封閉連接器16連接，另一端與光開關4連接。參考路徑輸出光纖19一端與封閉連接器18連接，另一端與光纖耦合器12連接。參考路徑光子晶體光纖17的兩個埠分別與參考路徑輸入光纖15埠和參考路徑輸出光纖19埠位置對應，實現光耦合。
光發射單元2的紅外光源3通過光纖與光開關4連接，光接收單元14的紅外探測器13通過光纖與光纖耦合器12連接。光發射單元2的控制信號輸入端、光接收單元14的信號輸出端以及光開關4分別與數據處理單元1電連接。
數據處理單元1通過光開關4控制光發射單元2發射的紅外光射入測量路徑輸入光纖5或參考路徑輸入光纖15。如果光射入測量路徑20，則進行被測氣體測量，如果光射入參考路徑21，則進行參考氣體測量。
如果光射入測量路徑20中的測量路徑輸入光纖5，則測量路徑20工作考路徑21不工作。測量路徑輸入光纖5在進氣連接單元6中將光耦合進入測量路徑光子晶體光纖8中，光流過整條測量路徑光子晶體光纖8，該光子晶體光纖8中流動被測氣體，光被被測氣體分子吸收衰減。測量路徑光子晶體光纖8另一端在出氣連接單元10中，將光耦合到測量路徑輸出光纖11中；光經過光纖耦合器12通過光纖將光照射在光接收單元14的紅外探測器13上，光接收單元14將光強信號轉化為電信號，傳送到數據處理單元1。
如果光流入參考路徑輸入光纖15，則參考路徑21工作測量路徑20不工作。參考路徑輸入光纖15在封閉連接器16中，將光耦合進入參考路徑光子晶體光纖17中，並且光流過整條參考路徑光子晶體光纖17，該光子晶體光纖17中充滿參考氣體，光被其中的參考氣體分子吸收衰減。光子晶體光纖17另一端在另一個封閉連接器18中，通過參考路徑輸出光纖19經過光纖耦合器12將光照射在光接收單元14的紅外探測器13上，光接收單元14將光強信號轉化為電信號，傳送到數據處理單元1。
數據處理單元1將測量路徑20與參考路徑21對光的衰減幅度大小進行對比和處理，可以消除因外界環境以及器件老化等因素對測量結果的影響，精確的測量氣體中某些分子的濃度。
權利要求
1.以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特徵在於該裝置包括測量路徑和參考路徑；測量路徑中的測量路徑光子晶體光纖一端連接在進氣連接單元上並與進氣連接單元相通，另一端連接在出氣連接單元上並與出氣連接單元相通；進氣連接單元為中空，設有進氣口，出氣連接單元為中空，設有出氣口；測量路徑輸入光纖一端與進氣連接單元連接，另一端與光開關連接；測量路徑輸出光纖一端與出氣連接單元連接，另一端與光纖耦合器連接；測量路徑光子晶體光纖的兩個埠分別與測量路徑輸入光纖埠和測量路徑輸出光纖埠位置對應，實現光耦合；參考路徑中的參考路徑光子晶體光纖兩端分別與兩個中空的封閉連接器連接並相通，裡面充滿參考氣體；參考路徑輸入光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光開關連接；參考路徑輸出光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光纖耦合器連接；參考路徑光子晶體光纖的兩個埠分別與參考路徑輸入光纖埠和參考路徑輸出光纖埠位置對應，實現光耦合；光發射單元的紅外光源通過光纖與光開關連接，光接收單元的紅外探測器通過光纖與光纖耦合器連接；光發射單元的控制信號輸入端、光接收單元信號輸出端以及光開關分別與數據處理單元電連接。
2.如權利要求1所述的以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特徵在於所述的光發射單元的紅外光源與光開關之間設有光濾波器，所述的光接收單元的紅外探測器與光纖耦合器之間設有光濾波器。
3.如權利要求1所述的以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特徵在於所述的測量路徑輸出光纖和參考路徑輸出光纖中設置有光濾波器。
全文摘要
本發明涉及一種以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀。現有產品體積較大、不易維護。本發明包括測量路徑和參考路徑，分別利用光子晶體光纖能束縛傳導光的特性以及其芯層可以是空心的特點，直接將光子晶體光纖的中空芯層作為氣室對待測氣體和參考氣體進行測量。由於光子晶體光纖具有柔韌性、可以捲曲起來，具有體積小、重量輕的特點。同時通過分別測量和比較被測氣體測量路徑與參考氣體測量路徑的光衰減，可減小溫度等環境因素對氣體濃度測量的影響，因而有更高的測量精度。
文檔編號G01N21/01GK1793855SQ20061004913
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月17日 優先權日2006年1月17日
發明者盧山鷹 申請人:杭州電子科技大學