一种分布式的气体浓度检测装置的制作方法

本实用新型涉及气体浓度检测领域，具体涉及一种基于光声光谱技术的分布式的气体浓度检测装置。

背景技术：

气体浓度在工农业生产以及生活中是一项重要的参数，比如对电气设备中绝缘气六氟化硫浓度的监测关系到电力系统的安全运行。由于光声光谱技术具有选择性好、体积小、灵敏度较高，能实时测量的优点，在气体检测领域具有良好的应用前景。

现有光声光谱技术主要是以调制光束直接照射光声腔以产生光声效应的方式测量气体浓度，这种浓度测量方法因为采用单点式的测量，不能反映空间中气体浓度分布的信息，当被测空间中局部区域气体浓度浮动时，不能精确的测量空间中气体浓度限制了光声光谱技术的实际应用。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种分布式的气体浓度检测装置，由此解决现有技术中当空间中局部气体浓度变化时不能精确测量空间中气体浓度的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种分布式的气体浓度检测装置，包括光源、多个光声腔、多个麦克风和信号处理模块；所述光源具有多个输出端口，用于输出调制光；多个光声腔分别与光源的多个输出端口通过光纤一一对应连接，用于接收调制光，同时传输到光声腔的调制光与光声腔的被测气体相互作用后产生声压波动信号；多个麦克风分别置于光声腔腔壁上，用于接收所述声压波动信号，并将所述声压波动信号转化为电信号；信号处理模块具多个输入端口，分别与多个麦克风的输出端口一一对应相连，用于处理每个麦克风输出的电信号并显示所述电信号。

更进一步地，所述源包括：激光器、光调制器、光纤和分束器；所述激光器用于发射激光；所述光调制器与所述激光器连接，将所述激光器发出的激光调制为一定占空比的方波；所述光纤的一端与光调制器连接；所述分束器的一端与所述光纤的另一端连接，所述分束器的另一端具有多个输出端口，用于将单束调制光分成多束受调制光。

更进一步地，光声腔为两端贯通的空心圆柱，在腔壁上空心圆柱的中间设置有一个用于放置所述麦克风的圆柱状孔。

更进一步地，所述光声腔的内径为4mm，长度为160mm。光声腔内径越小，光声常数越大，光声信号越强，但光声腔内径受到光束半径限制，故而设定为4mm。

更进一步地，所述光声腔在其中间位置有一安放麦克风的圆柱状孔，所述圆柱状孔的直径为4mm、孔深5mm，孔的尺寸取决于麦克风的尺寸。更进一步地，所述光声腔的材料为不锈钢材质。

更进一步地，激光器可以是半导体激光器、光纤激光器或量子级联激光器，根据不同气体的吸收峰值所在波长以及对光功率的要求选择不同激光器。激光器为波长可调谐的半导体激光器，其输出激光的中心波长为1567.32nm。

更进一步地，光纤应与激光器配合使用，其损耗在激光器工作波长范围应较小。

更进一步地，信号处理模块包括信号放大电路、数据处理模块和显示电路，麦克风测得的电信号经放大后交由数据处理模块处理，计算出被测气体浓度，并通过显示电路显示出来。

本实用新型运用分束器将单束调制光分成多束调制光，通过光纤与多个光声腔相连，实现了在空间中多个点实时监测气体的浓度，突破了现有光声光谱技术单点式测量的限制，在被测空间中的局部区域被测气体浓度变化，也能实现精确测量，并且方法简易，成本较低，有效提高光声光谱技术的实用性。

附图说明

图1是本实用新型提供的分布式的气体浓度检测装置的结构图。

图2是本实用新型提供的分布式的气体浓度检测装置中光声腔的主视图。

图3是本实用新型提供的分布式的气体浓度检测装置中光声腔的俯视图。

图4是本实用新型提供的分布式的气体浓度检测装置中光声腔的左视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为激光器，2为光调制器，3为光纤，4为分束器，5为光声腔，6为麦克风，7为信号处理模块，8为光源。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1示出了本实用新型提供的分布式的气体浓度检测装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，现结合附图详述如下：

本实用新型中，分布式的气体浓度检测装置包括：光源8、多个光声腔5、多个麦克风6和信号处理模块7；光源8具有多个输出端口，用于输出调制光；多个光声腔5分别与光源8的多个输出端口通过光纤一一对应连接，用于接收调制光，同时传输到光声腔5的调制光与光声腔的被测气体相互作用，在光声腔5内产生声压波动信号；多个麦克风6分别置于光声腔5腔壁上的圆柱孔内，用于接收声压波动信号，并将声压波动信号转化为电信号；信号处理模块7具多个输入端口，分别与多个麦克风的输出端口一一对应相连，用于处理每个麦克风输出的电信号并显示电信号。

在本实用新型中，光源8包括：激光器1、光调制器2、光纤3和分束器4，激光器1用于发射激光；光调制器2与激光器1连接，将激光器1发出的激光调制为一定占空比的方波；光纤3的一端与光调制器2连接；分束器4的一端与光纤3的另一端连接，分束器4的另一端具有多个输出端口，用于将单束调制光分成多束受调制光。

在本实用新型中，激光器1可以是半导体激光器、光纤激光器或量子级联激光器，根据不同气体的吸收峰值所在波长以及对光功率的要求选择不同激光器。

在本实用新型中，所述光纤3应与激光器配合使用，其损耗在激光器工作波长范围应较小。

在本实用新型中，光声腔5为两端贯通的空心圆柱，其内径为4mm，长度为160mm，光声腔5内径越小，光声常数越大，光声信号越强，但光声腔5内径受到光束半径限制，故而设定为4mm。光声腔5的材料可以为不锈钢材质。光声腔5在其中间位置有一安放麦克风6的圆柱状孔，孔的直径为4mm、孔深5mm，孔的尺寸取决于麦克风6的尺寸。

在本实用新型中，信号处理模块7包括信号放大电路、数据处理模块和显示电路，麦克风6测得的电信号经放大后交由数据处理模块处理，计算出被测气体浓度，并通过显示电路显示出来。

激光器1为波长可调谐的半导体激光器，设置其输出激光的中心波长为1567.32nm，光调制器2将其调制成频率1029Hz、占空比50％的周期性调制激光。由分束器4分成五束功率相等的周期性调制激光，分别由光纤3传输至五个相同的光声腔5。

周期性调制的激光与被测CO气体在光声腔中5相互作用发生光声效应，产生周期性的声压波动信号，并在光声腔5中共振放大，麦克风6将放大了的声压波动信号转换为电信号交给信号处理模块7，对信号放大转换后显示，由于能够同时测量不同点处的CO气体浓度，解决了单点式气体浓度检测装置在被测空间的局部区域的被测气体浓度变化后不能精确测量的问题，并且方法简易，成本较低，有效提高光声光谱技术的实用性。以上所述为本实用新型的一个实施例，但本实用新型不局限于实施例和附图所公开的内容。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本实用新型保护的范围。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。