专利名称：高选择性光纤气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，尤其是光纤气体传感器。
本实用新型设有光源、滤波器、透镜、光纤、测量腔、光纤分路器、参考腔、探测器、放大器。所说的光源为可覆盖气体吸收谱线的宽带光源，与滤波器组合，光经透镜耦合进入光纤并传至测量腔，光纤分路器(耦合器)将测量腔的出射光分为二束。二束光中一路耦合进充满100％浓度被测气体的参考腔，另一路光直接接光电探测器。光经过充满气体的参考腔后被再次吸收，然后送入另一探测器检测其强度。探测器的输出端接差分运算放大器的输入端。
从测量腔出射的光包含可能存在的被测气体和干扰气体两部分信息。分束后再经过参考腔的光信号被被测气体再次吸收，探测器接收到的这路光强信号记为I1。另一路直接被光电探测器接收的光信号强度记为I2。调整测量腔与参考腔耦合系数、光纤分路器分光比、探测器放大倍数等参数，使测量腔在没有被测气体时输出为平衡状态(I1＝I2)。当测量腔内有被测气体时，传感器的差分输出I1-I2只与被测气体的浓度有关，而干扰气体对传感器输出不会产生影响。
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图1为本实用新型组成示意图。
图2为探测器电路原理图。
图3为差分运算放大器电路原理图。
显而易见，本实用新型应用新的相关光谱检测方法，与传统的相关光谱检测方法不同，新装置不对参考腔施加调制，这在使用上能大大简化参考腔制作的复杂性并降低系统成本，也减少了传感系统误差的一个来源。更重要的一个优点是，本方法通过两路信号相减产生的等效调制，其调制度与参考腔长度成正比，一般可达20％以上，大大提高了传统相关光谱检测方法可达到的调制度，对提高气体传感的灵敏度有很大帮助。同时，新的检测方法对抑制干扰气体对输出结果影响的效果明显，可以构成具有高选择性的气体浓度检测系统。
图2给出探测器的电路原理图，其中D为半导体光电探测器，如Ge光电探测器，Si光电探测器，InGaAs光电探测器等，运算放大器IC1选用OP07等。电阻R1，R2分别为82K，1M，电容C为270P。由V01输出。
图3为差分运算放大器电路原理图。它由加法器、减法器和除法器组成，它实现(I1-I2)/(I1+I2)的功能，探测器信号输入为I1，I2，结果由V02输出，其中三极管为NPN三极管，运算放大器为普通运算放大器。
权利要求1.高选择性光纤气体传感器，其特征在于设有光源、滤波器、透镜、光纤、测量腔、光纤分路器、参考腔、探测器、放大器，所说的光源为可覆盖气体吸收谱线的宽带光源，与滤波器组合，光经透镜耦合进入光纤并传至测量腔，光纤分路器(耦合器)将测量腔的出射光分为二束，二束光中一路耦合进充满100％浓度被测气体的参考腔，另一路光直接接光电探测器，光经过充满气体的参考腔后被再次吸收，然后送入另一探测器检测其强度，探测器的输出端接差分运算放大器的输入端。
2.如权利要求1所述的高选择性光纤气体传感器，其特征在于所说的光源为输出光谱可以覆盖被测气体吸收谱线的宽光谱低相干性光源。
3.如权利要求2所述的高选择性光纤气体传感器，其特征在于所说的光源为发光二极管或大功率白炽灯。
4.如权利要求1所述的高选择性光纤气体传感器，其特征在于光纤分路器的分光比满足测量腔无被测气体时传感器输出(I1-I2)/(I1+I2)＝0。
5.如权利要求1所述的高选择性光纤气体传感器，其特征在于所说的探测器为半导体光电探测器。
专利摘要涉及一种传感器,尤其是光纤气体传感器。设光源、滤波器、透镜、光纤、测量腔、光纤分路器、参考腔、探测器、放大器。光源与滤波器组合,光经透镜进入光纤并传至测量腔,光纤分路器将测量腔出射光分为二束。一路耦合进参考腔,另一路接光电探测器。光经参考腔后被再次吸收,然后送入另一探测器。探测器的输出接差分运算放大器。不对参考腔施加调制,简化参考腔制作的复杂性并降低系统成本,也减少了传感系统误差的一个来源。并通过两路信号相减产生的等效调制,其调制度与参考腔长度成正比,一般可达20%以上,提高了调制度和气体传感灵敏度。对抑制干扰气体对输出结果影响的效果明显,可构成具有高选择性的气体浓度检测系统。
文档编号G01N21/25GK2509580SQ0127637
公开日2002年9月4日 申请日期2001年11月23日 优先权日2001年11月23日
发明者董小鹏 申请人:厦门大学