基于空芯带隙型光子晶体光纤的单端置入式同源甲烷检测仪

发布时间：2024-03-20 18:21

　　为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10^-5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。

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【部分图文】：

图1近红外1653nm附近常见气体的吸收强度。

采用TDLAS技术对激光器进行驱动,该检测技术对环境干扰(如机械振动、温度漂移)带来的影响具有较强的鲁棒性,可有效降低系统中的低频噪声对检测结果的影响。TDLAS技术采用高频正弦波叠加低频锯齿波的方式对激光器进行驱动,根据激光器的发光特性,当驱动电流变化时,其输出波峰的中心频率会....

图2近红外甲烷探测系统结构图

光纤气室近光源端与普通光纤熔接,空芯光子晶体光纤的中间被截断,并用C型套环进行连接,作为外界待测气体扩散接口,远光源端镀银对待测信号进行全反射,反射信号经光环形器后被送入探测器,以避免对激光器光源造成影响。3.1激光器驱动设计

图3激光器温控稳定性实验结果

为了验证温控性能,进行了超过12h的长时间测试,测试环境温度为24.62℃,结果如图3所示。激光器温度可在11s内进入稳定区间(±5%),波动范围不超过±0.018℃。与传统PID温度调控方法相比,模糊PID温度调控耗时更短,波动范围更小。激光器输出谱段调节过程如下:首先....

图4激光器输出光谱测试结果(驱动电流为50mA,驱动温度变化范围为39～44℃)。

在信号处理部分,InGaAs探测器输出的电压信号首先被DAQ采集,LabVIEW平台的数字正交锁相放大器提取二次谐波信号,建立电压信号与待测气体浓度的数学关系。为了验证正交锁相放大器对二次谐波的提取能力,采用气体质量流量计配制体积分数为10%的甲烷样品气体,激光器的温度设为18....

本文编号：3933110