光纤声波气体监测装置及系统的制作方法

文档序号:14182397阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光纤声波气体监测装置,其特征在于,包括脉冲激光器、可调谐激光器、调制解调器、气体探头及探测单元,所述脉冲激光器和所述可调谐激光器分别与所述调制解调器连接,

所述探测单元包括环形器和光电探测器,所述环形器的三个端口沿所述环形器的信号传输方向分别与所述可调谐激光器、所述气体探头及所述光电探测器连接,所述光电探测器与所述调制解调器连接,

所述气体探头包括相对设置的光声转化器件和声光传感器件,所述光声转化器件和所述脉冲激光器连接,所述声光传感器件和所述环形器连接,

由所述脉冲激光器出射的脉冲激光入射到所述光声转化器件产生超声波,所述超声波经气体介质传播到达声光传感器件,

由所述可调谐激光器出射的探测激光经所述环形器入射到所述声光传感器件,在所述声光传感器件内经所述超声波调制后返回所述环形器并经所述环形器到达所述光电探测器产生光电流,

所述光电流由所述调制解调器接收。

2.根据权利要求1所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述光纤声波气体监测装置还包括由多个所述探测单元组成的探测阵列,

所述气体探头包括在多个维度上相对设置的多组光声转化器件和声光传感器件,所述光声转化器件和所述声光传感器件的数量与所述探测单元的数量相同,

各个所述光声转化器件和所述脉冲激光器经分束器连接,每个所述声光传感器件和与其对应的一个所述探测单元内的环形器连接,

所述探测阵列中的各个所述探测单元内的环形器和所述可调谐激光器经分束器连接,各个所述探测单元内的光电探测器与所述调制解调器连接。

3.根据权利要求2所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述气体探头在每个维度上相对设置有两组光声转化器件和声光传感器件,其中,一组的光声转化器件和另一组的声光传感器件设置在同一侧。

4.根据权利要求3所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述气体探头在相互正交的三个维度上设置有共六组光声转化器件和声光传感器件,所述探测阵列包括六个所述探测单元。

5.根据权利要求2所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述光纤声波气体监测装置还包括数量对应的多个所述气体探头和多个所述探测阵列,

所述脉冲激光器经分束器和各个所述气体探头中的光声转化器件相连接,所述可调谐激光器经分束器与各个所述探测阵列中的环形器相连接。

6.根据权利要求1所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述光声转化器件为端面镀有金纳米复合材料的光纤,

所述金纳米复合材料吸收由所述脉冲激光器发出的激光脉冲能量发生形变,使邻近空间气体发生振动,产生以邻近空间气体为传播介质的超声波。

7.根据权利要求1所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述声光传感器件为光纤FP压力传感器,

所述光纤FP压力传感器中的FP腔在超声波的作用下发生振动并使FP腔的腔长发生变化,入射到所述光纤FP压力传感器的探测激光在FP腔内经多次反射后返回所述环形器。

8.根据权利要求7所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述光纤FP压力传感器包括铝合金板、石英薄片和单模光纤,所述石英薄片和所述单模光纤的一端固定在所述铝合金板上。

9.根据权利要求8所述的光纤声波气体监测装置,其特征在于,所述单模光纤的端面与所述石英薄片的间距为0.5mm,所述单模光纤的端面为球形端面。

10.一种光纤声波气体监测系统,其特征在于,包括如权利要求1至9任一项所述的光纤声波气体监测装置和上位机,所述上位机和所述光纤声波气体监测装置中的调制解调器通信连接,

所述调制解调器将检测得到的气体状态参数传输给所述上位机,用于实时显示及存储。

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