專利名稱：高選擇性光纖氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感器，尤其是光纖氣體傳感器。
本實用新型設(shè)有光源、濾波器、透鏡、光纖、測量腔、光纖分路器、參考腔、探測器、放大器。所說的光源為可覆蓋氣體吸收譜線的寬帶光源，與濾波器組合，光經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖并傳至測量腔，光纖分路器(耦合器)將測量腔的出射光分為二束。二束光中一路耦合進(jìn)充滿100％濃度被測氣體的參考腔，另一路光直接接光電探測器。光經(jīng)過充滿氣體的參考腔后被再次吸收，然后送入另一探測器檢測其強度。探測器的輸出端接差分運算放大器的輸入端。
從測量腔出射的光包含可能存在的被測氣體和干擾氣體兩部分信息。分束后再經(jīng)過參考腔的光信號被被測氣體再次吸收，探測器接收到的這路光強信號記為I1。另一路直接被光電探測器接收的光信號強度記為I2。調(diào)整測量腔與參考腔耦合系數(shù)、光纖分路器分光比、探測器放大倍數(shù)等參數(shù)，使測量腔在沒有被測氣體時輸出為平衡狀態(tài)(I1＝I2)。當(dāng)測量腔內(nèi)有被測氣體時，傳感器的差分輸出I1-I2只與被測氣體的濃度有關(guān)，而干擾氣體對傳感器輸出不會產(chǎn)生影響。
(4)
圖1為本實用新型組成示意圖。
圖2為探測器電路原理圖。
圖3為差分運算放大器電路原理圖。
顯而易見，本實用新型應(yīng)用新的相關(guān)光譜檢測方法，與傳統(tǒng)的相關(guān)光譜檢測方法不同，新裝置不對參考腔施加調(diào)制，這在使用上能大大簡化參考腔制作的復(fù)雜性并降低系統(tǒng)成本，也減少了傳感系統(tǒng)誤差的一個來源。更重要的一個優(yōu)點是，本方法通過兩路信號相減產(chǎn)生的等效調(diào)制，其調(diào)制度與參考腔長度成正比，一般可達(dá)20％以上，大大提高了傳統(tǒng)相關(guān)光譜檢測方法可達(dá)到的調(diào)制度，對提高氣體傳感的靈敏度有很大幫助。同時，新的檢測方法對抑制干擾氣體對輸出結(jié)果影響的效果明顯，可以構(gòu)成具有高選擇性的氣體濃度檢測系統(tǒng)。
圖2給出探測器的電路原理圖，其中D為半導(dǎo)體光電探測器，如Ge光電探測器，Si光電探測器，InGaAs光電探測器等，運算放大器IC1選用OP07等。電阻R1，R2分別為82K，1M，電容C為270P。由V01輸出。
圖3為差分運算放大器電路原理圖。它由加法器、減法器和除法器組成，它實現(xiàn)(I1-I2)/(I1+I2)的功能，探測器信號輸入為I1，I2，結(jié)果由V02輸出，其中三極管為NPN三極管，運算放大器為普通運算放大器。
權(quán)利要求1.高選擇性光纖氣體傳感器，其特征在于設(shè)有光源、濾波器、透鏡、光纖、測量腔、光纖分路器、參考腔、探測器、放大器，所說的光源為可覆蓋氣體吸收譜線的寬帶光源，與濾波器組合，光經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖并傳至測量腔，光纖分路器(耦合器)將測量腔的出射光分為二束，二束光中一路耦合進(jìn)充滿100％濃度被測氣體的參考腔，另一路光直接接光電探測器，光經(jīng)過充滿氣體的參考腔后被再次吸收，然后送入另一探測器檢測其強度，探測器的輸出端接差分運算放大器的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的高選擇性光纖氣體傳感器，其特征在于所說的光源為輸出光譜可以覆蓋被測氣體吸收譜線的寬光譜低相干性光源。
3.如權(quán)利要求2所述的高選擇性光纖氣體傳感器，其特征在于所說的光源為發(fā)光二極管或大功率白熾燈。
4.如權(quán)利要求1所述的高選擇性光纖氣體傳感器，其特征在于光纖分路器的分光比滿足測量腔無被測氣體時傳感器輸出(I1-I2)/(I1+I2)＝0。
5.如權(quán)利要求1所述的高選擇性光纖氣體傳感器，其特征在于所說的探測器為半導(dǎo)體光電探測器。
專利摘要涉及一種傳感器,尤其是光纖氣體傳感器。設(shè)光源、濾波器、透鏡、光纖、測量腔、光纖分路器、參考腔、探測器、放大器。光源與濾波器組合,光經(jīng)透鏡進(jìn)入光纖并傳至測量腔,光纖分路器將測量腔出射光分為二束。一路耦合進(jìn)參考腔,另一路接光電探測器。光經(jīng)參考腔后被再次吸收,然后送入另一探測器。探測器的輸出接差分運算放大器。不對參考腔施加調(diào)制,簡化參考腔制作的復(fù)雜性并降低系統(tǒng)成本,也減少了傳感系統(tǒng)誤差的一個來源。并通過兩路信號相減產(chǎn)生的等效調(diào)制,其調(diào)制度與參考腔長度成正比,一般可達(dá)20%以上,提高了調(diào)制度和氣體傳感靈敏度。對抑制干擾氣體對輸出結(jié)果影響的效果明顯,可構(gòu)成具有高選擇性的氣體濃度檢測系統(tǒng)。
文檔編號G01N21/25GK2509580SQ0127637
公開日2002年9月4日 申請日期2001年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者董小鵬 申請人:廈門大學(xué)