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专利号: 2019106960036
申请人: 盐城工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:包括第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)、第二耦合器(112)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)、第四耦合器(115)、第五耦合器(116)、第一光电探测器(117)、第二光电探测器(118)、信号采集卡(119)、信号处理及显示单元(120)、脉冲发生器(121)、信号处理及显示单元(120),其中:所述第一激光器(100)、第一隔离器(101)、第一耦合器(102)、声光调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、环形器(105)、传感光纤(106)、第二掺铒光纤放大器(107)、第二隔离器(108)、第二激光器(109)、激光控制器(110)、锁相放大器(111)依次连接;

所述第二耦合器(112)分别与第一耦合器(102)、扰偏器(113)、第三耦合器(114)连接,所述第四耦合器(115)分别与环形器(105)、第三耦合器(114)、第五耦合器(116)连接,所述第五耦合器(116)分别与扰偏器(113)、第一光电探测器(117)连接,所述第二光电探测器(118)分别与第三耦合器(114)、信号采集卡(119)连接,所述信号处理及显示单元(120)分别与第一激光器(100)、信号采集卡(119)连接,所述脉冲发生器(121)分别与声光调制器(103)、信号采集卡(119)连接,所述信号采集卡(119)分别与第一光电探测器(117)、锁相放大器(111)、信号处理及显示单元(120)连接;

第一激光器(100)发出的激光信号经第一隔离器(101)进入第一耦合器(102),第一耦合器(102)将激光信号分成两束信号,分别为第一束激光信号和第二束激光信号,第一束激光信号作为本振信号进入第二耦合器(112),第二束激光信号进入声光调制器(103),声光调制器(103)将第二束激光信号调制成脉冲信号,且信号的频率产生频移,进入第一掺铒光纤放大器(104)中,经第一掺铒光纤放大器(104)放大后的脉冲信号进入环形器(105)的1#端口,从环形器(105)的2#端口输出进入传感光纤(106),在传感光纤(106)中,脉冲信号产生背向瑞利散射信号,背向瑞利散射信号通过环形器(105)的2#端口进入环形器(105),从环形器(105)的3#端口输出的背向瑞利散射信号进入第四耦合器(115),第四耦合器(115)将背向瑞利散射信号分成两束信号,分别为第一束背向瑞利散射信号和第二束背向瑞利散射信号,第一束背向瑞利散射信号进入第三耦合器(114),第二束背向瑞利散射信号进入第五耦合器(116);第二耦合器(112)将本振信号分成两束信号,分别为第一束本振信号和第二束本振信号,第一束本振信号进入第三耦合器(114),第一束背向瑞利散射信号和第一束本振信号在第三耦合器(114)耦合,第三耦合器(114)输出耦合后的信号进入第一光电探测器(117)后转换成电信号,电信号输入到信号采集卡(119)中;从第二耦合器(112)输出的第二束本振信号进入扰偏器(113)中,经过扰偏的本振信号进入第五耦合器(116),扰偏的本振信号和第二束背向瑞利散射信号在第五耦合器(116)耦合,从第五耦合器(116)输出的信号进入第二光电探测器(118)后转换成电信号,电信号输入到信号采集卡(119)中;信号采集卡(119)输出的一路信号进入到锁相放大器(111),锁相放大器(111)输出的信号连接到激光控制器(110),激光控制器(110)的输出信号驱动第二激光器(109),从第二激光器(109)输出的激光信号通过第二隔离器(108)进入第二掺铒光纤放大器(107),经第二掺铒光纤放大器(107)放大的信号进入传感光纤(106),在传感光纤(106)中,待测气体吸收从第二掺铒光纤放大器(107)输出的信号,产生相位调制现象,从环形器(105)的2#端口输入到传感光纤(106)中的脉冲信号检测相位调制现象的相位信息;脉冲发生器(121)产生的脉冲电信号连接到声光调制器(103)的电信号输入端驱动声光调制器(103)工作,脉冲发生器(121)和信号处理及显示单元(120)输出的同步信号连接到信号采集卡(119)的同步信号输入端以保持信号采集卡(119)、声光调制器(103)和第一激光器(100)处在同步状态,信号处理及显示单元(120)连接第一激光器(100),驱动第一激光器(100)进行扫频控制,信号采集卡(119)输出的另一路信号连接到信号处理及显示单元(120),获得传感光纤(106)沿线上的气体浓度信息;

显示的数据的时候需要事先标定浓度与相位大小的关系,不同频率下获得的分布式光纤气体传感器的曲线相关度表示为:

曲线相关度最小为C=0.99,得出:

其中,C为曲线相关度,W为探测脉宽,Δf为两条曲线之间的频率差。

2.根据权利要求1所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述第一激光器(100)和第二激光器(109)均为波长和功率可调谐的激光器。

3.根据权利要求2所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述传感光纤(106)为空芯光子晶体光纤。

4.根据权利要求3所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述传感光纤(106)沿光纤表面制作有作为气体进入空芯光纤的通道小孔。

5.根据权利要求4所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述通道小孔直径为约为1‑10.0μm。

6.根据权利要求5所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述第一光电探测器(117)、第二光电探测器(118)为平衡探测器。

7.根据权利要求6所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述第一激光器(100)和第二激光器(109)1ms的频移量小于等于0.017M。

8.根据权利要求7所述基于扫频技术的分布式光纤气体检测装置,其特征在于:所述第一激光器(100)和第二激光器(109)的扫频速度小于17M/S。