本实用新型涉及一种液体中气体检测单元和检测系统，具体涉及一种基于空芯光波导的液体中气体检测单元和检测系统。
背景技术：
所有液体都有溶解气体的能力，由于液体有表面张力和粘度，液体中溶解的气体以及其微小尺寸的气泡核存在。比如在液体油品中广泛存在的烃类气体；液态水中的溶解氧、氨、二氧化碳等。因此，对这些液体中气体成分及浓度的测量在环保、安全监控、工业过程控制场合具有特别重大的意义。但在实际工况下受限于溶于液体中气体的绝对体积较小且难以分离收集的特点，对气体成分和浓度的快速检测难以实现。
在现有技术中，一项名称为“一种测量液体中CO2气体浓度的传感器”的中国实用新型专利（授权公告号为CN203981582U）公开了一种测量液体中CO2气体浓度的传感器，该方案采用外防护管、透气膜外套管和透气膜内光管三层结构，通过透气膜，使水中的CO2气体分子从液体中分离出来，在外套管以内形成气体环境，内光管内空间气体和液体中CO2气体动态平衡，在内光管内部有一个光学传感器，工作原理基于朗伯贝尔红外吸收原理，通过特定算法可以测得液体中CO2气体分子的浓度。但该方案中将光源、传感器、电路板、电路板等都安放在传感器中，因此必须为传感器中进行供电，那么该传感器就必须带电工作在液体中，该方案必须为电线提供额外的防水保护，增加制作成本，同时这也存在较大的安全隐患。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种液体中气体检测单元，以解决目前液态中气体检测传感器在水下带电工作导致不安全的问题。同时还提供了液体中气体检测系统。
本实用新型为解决上述技术问题，提供方案一：本实用新型的一种基于空芯光波导的液体中气体检测单元，该检测单元包括入射光纤、用于充入被测气体的空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导上穿设有透气不透液体的透气膜套管，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤和该出射光纤液封固定。
本方案将空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端连接作为液体中气体检测单元的光导单元，并将空芯光波导液的两端与透气膜套管密封固定，检测时只需将该检测单元置于液体中，液体中溶解的气体透过透气膜进入透气膜套管，进而进入空芯光波导中。由于本方案的液体中气体检测单元不包含用电设备，因此本方案可以不用考虑测量时漏电的风险，同时由于本方案光导单元可以制作得很细，这样透气膜套管也可以制作得很细，进而增加了液体中气体检测单元与液体接触的比表面积，加快液体中气体向套管内扩散的速度，提高检测的效率。
方案二：在方案一的基础上，该空芯光波导的两端分别与所述入射光纤和所述出射光纤通过环氧树脂胶体液封固定。
方案三：本实用新型的液体中气体检测系统，该装置包括泵浦激光器、液体中气体检测单元、探测器和分析处理单元；该液体中气体检测单元包括入射光纤、用于充入被测气体的空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导上穿设有透气不透液体的透气膜套管，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端液封固定；该泵浦激光器通过第一光路与该入射光纤耦合连接，该出射光纤通过第二光路与该探测器耦合连接，该探测器与该分析处理单元采集连接。
本方案将空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端连接固定作为液体中气体检测单元的光导单元，并将空芯光波导的两端与透气膜套管液封固定，检测时只需将液体中气体检测单元置于液体中，液体中溶解的气体透过透气膜进入透气膜套管，进而进入到空芯光波导中，这样光导单元中的泵浦光就可以接触到液体中的气体，如果气体中包含有被测气体，被测气体就会对激光形成吸收，通过探测器测量激光出口的光信号，可以分析出激光光束在空芯光波导中被气体吸收的比率，依据比尔朗伯定律可以推算出待测气体浓度。
由于本方案的液体中气体检测单元不包含用电设备，因此本方案可以不用考虑测量时漏电的风险，同时由于本方案光导单元可以制作得很细，这样透气膜套管也可以制作得很细，进而增加了液体中气体检测单元与液体接触的比表面积，加快液体中气体向套管内扩散的速度，提高检测的效率。
方案四：在方案三的基础上，该第二光路中还设有光纤全反镜，该出射光纤另一端与该光纤全反镜耦合连接，该第一光路中还串接有光环行器，该光环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一端口与第一光路耦合连接，该第二端口与该入射光纤另一端耦合连接，该第三端口与该探测器耦合连接；该第一端口能够将从该端口入射的光传输到该第二端口出射，该第二端口能够将从该端口入射的光传输到该第三端口出射。
本方案在出射光纤后接有光纤全反镜，这样从出射光纤出射的泵浦光会被光纤全反镜反射，重新从出射光纤进入空芯光波导中与被测气体发生光热效应并从入射光纤出射，然后再从光环行器的第三端口处被探测器采集。由于空芯光波导的长度是根据被测气体的吸收光程设置的，因此本方案能够缩短空芯光波导一半的长度，精简了整个检测装置的体积，降低制作成本。
方案五：在方案四的基础上，该空芯光波导的波导壁上还设有一组用于气体进入的微通道。
本方案在波导壁上开设有微通道，加快了气体扩散进入波导内部的速度。
方案六：在方案五的基础上，该空芯光波导的两端分别与所述入射光纤和所述出射光纤通过环氧树脂胶体液封固定。
方案七：在方案六的基础上，该装置包括至少一个泵浦激光器、合束单元、液体中气体检测单元、解波分复用单元、至少一个探测器和分析处理单元；该合束单元包括至少一个输入端和输出端，该解波分复用单元包括输入端和至少一个输出端；该液体中气体检测单元包括入射光纤、用于充入被测气体的空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导上穿设有透气不透液体的透气膜套管，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端液封固定；每个泵浦激光器和与其对应的该合束单元的输入端独立耦合连接，该合束单元的输出端通过第一光路与该入射光纤耦合连接，该出射光纤通过第二光路与该解波分复用单元的输入端耦合连接，该解波分复用单元的每个输出端各自与对应的探测器独立耦合连接，该探测器与该分析处理单元采集连接。
本方案将空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端连接固定作为液体中气体检测单元的光导单元，并将空芯光波导液的两端与透气膜套管液封固定，检测时只需将液体中气体检测单元置于液体中，液体中溶解的气体透过透气膜进入透气膜套管，并通过空芯光波导的波导壁上的通气孔进入波导内部，这样光导单元中的泵浦光就可以接触到液体中的气体，如果气体中包含有被测气体，被测气体就会会对激光形成吸收，通过探测器测量激光出口的光信号，可以分析出激光光束在空芯光波导中被气体吸收的比率，依据比尔朗伯定律可以推算出待测气体浓度。
由于本方案的液体中气体检测单元不包含用电设备，因此本方案可以不用考虑测量时漏电的风险，同时由于本方案光导单元可以制作得很细，这样透气膜套管也可以制作得很细，进而增加了液体中气体检测单元与液体接触的比表面积，加快液体中气体向套管内扩散的速度，提高检测的效率。
同时本方案设置了多个针对不同被测气体的泵浦激光器，每个激光器出射的光经合束单元合束后通过液体中气体检测单元，每种被测气体同时吸收合束光线中的各对应波长的激光，然后通过解波分复用单元将合束光线按波长解波分解，每个波长对应一个探测器，这样就可以同时检测处多种被测气体的浓度信息，进而得知液体中溶液气体的组分。
方案八：在方案七的基础上，该第二光路中还设有光纤全反镜，该出射光纤另一端与该光纤全反镜耦合连接，该第一光路中还串接有光环行器，该光环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一端口与第一光路耦合连接，该第二端口与该入射光纤另一端耦合连接，该第三端口与该探测器耦合连接；该第一端口能够将从该端口入射的光传输到该第二端口出射，该第二端口能够将从该端口入射的光传输到该第三端口出射。
本方案在出射光纤后接有光纤全反镜，这样从出射光纤出射的泵浦光会被光纤全反镜反射，重新从出射光纤进入空芯光波导中与被测气体发生光热效应并从入射光纤出射，然后再从光环行器的第三端口处被探测器采集。由于空芯光波导的长度是根据被测气体的吸收光程设置的，因此本方案能够缩短空芯光波导一半的长度，精简了整个检测装置的体积，降低制作成本。
方案九：在方案八的基础上，该空芯光波导的波导壁上还设有一组用于气体进入的微通道。
方案十：在方案九的基础上，该空芯光波导的两端分别与所述入射光纤和所述出射光纤通过环氧树脂胶体液封固定。
附图说明
图1是本实用新型液体中气体检测系统实施例一的结构示意图；
图2是本实用新型液体中气体检测系统实施例二的结构示意图；
图3是本实用新型液体中气体检测系统实施例三的结构示意图；
图4是本实用新型液体中气体检测系统实施例四的结构示意图；
图5是本实用新型一种液体中气体检测单元实施例的结构示意图；
图6是空芯光波导结构示意图；
其中，1为泵浦激光器，2为液体中气体检测单元，3为探测器，4为分析处理单元，5为光环行器，6为光纤全反镜，7为合束单元，8为解波分复用单元，9为透气膜套管，10为入射光纤，11为出射光纤，12为空芯光波导，13为单模光纤，14为光纤外套管，15为环氧树脂胶体。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1为本实用新型的一种液体中气体检测系统的第一种实施方式，包括泵浦激光器（例如与CH4对应的1653nm激光器、与NH3对应的1512nm激光器、与CO2对应的1567nm激光器、与H2S对应的1578nm激光器）、液体中气体检测单元、探测器（例如InGaAs探测器）和分析处理单元（例如谐波分析模块）；该液体中气体检测单元包括透气膜套管、入射光纤、空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端熔接后液密封在该透气膜套管中，该空芯光波导的波导壁上设有一组用于气体进入的微通道；该泵浦激光器通过第一光路与该入射光纤耦合连接，该出射光纤通过第二光路与该探测器耦合连接，该探测器与该分析处理单元采集连接。
本实施例将空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端熔接作为液体中气体检测单元的光导单元，并将空芯光波导液密封在透气膜套管中，检测时只需将液体中气体检测单元置于液体中，液体中溶解的气体透过透气膜进入透气膜套管，而空芯光波导的波导壁上设有用于气体进入的微通道，这样光导单元中的泵浦光就可以接触到液体中的气体，如果气体中包含有被测气体，被测气体就会会对激光形成吸收，通过探测器测量激光出口的光信号，可以分析出激光光束在空芯光波导中被气体吸收的比率，依据比尔朗伯定律可以推算出待测气体浓度。
由于本实施例的液体中气体检测单元不包含用电设备，因此本方案可以不用考虑测量时漏电的风险，同时由于本方案光导单元可以制作得很细，这样透气膜套管也可以制作得很细，进而增加了液体中气体检测单元与液体接触的比表面积，加快液体中气体向套管内扩散的速度，提高检测的效率。
如图2为本实用新型的一种液体中气体检测系统的第二种实施方式，其与实施例一的区别仅在于：该第二光路中还设有光纤全反镜，该出射光纤另一端与该光纤全反镜耦合连接，该第一光路中还串接有光环行器，该光环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一端口与第一光路耦合连接，该第二端口与该入射光纤另一端耦合连接，该第三端口与该探测器耦合连接；该第一端口能够将从该端口入射的光传输到该第二端口出射，该第二端口能够将从该端口入射的光传输到该第三端口出射。
本实施例在出射光纤后接有光纤全反镜，这样从出射光纤出射的泵浦光会被光纤全反镜反射，重新从出射光纤进入空芯光波导中与被测气体发生光热效应并从入射光纤出射，然后再从光环行器的第三端口处被探测器采集。由于空芯光波导的长度是根据被测气体的吸收光程设置的，因此本方案能够缩短空芯光波导一半的长度，精简了整个检测装置的体积，降低制作成本。
如图3为本实用新型的一种液体中气体检测系统的第三种实施方式，该装置包括至少一个泵浦激光器（例如与CH4对应的1653nm激光器、与NH3对应的1512nm激光器、与CO2对应的1567nm激光器、与H2S对应的1578nm激光器）、合束单元、液体中气体检测单元、解波分复用单元、至少一个探测器（例如InGaAs探测器）和分析处理单元（例如谐波分析模块）；该合束单元包括至少一个输入端和输出端，该解波分复用单元包括输入端和至少一个输出端；该液体中气体检测单元包括透气膜套管、入射光纤、空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和出射光纤一端熔接后液密封在该透气膜套管中，该空芯光波导的波导壁上设有一组用于气体进入的微通道；每个泵浦激光器和与其对应的该合束单元的输入端独立耦合连接，该合束单元的输出端通过第一光路与该入射光纤耦合连接，该出射光纤通过第二光路与该解波分复用单元的输入端耦合连接，该解波分复用单元的每个输出端各自与对应的探测器独立耦合连接，该探测器与该分析处理单元采集连接。
本实施例将空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端熔接作为液体中气体检测单元的光导单元，并将空芯光波导液密封在透气膜套管中，检测时只需将液体中气体检测单元置于液体中，液体中溶解的气体透过透气膜进入透气膜套管，而空芯光波导的波导壁上设有用于气体进入的微通道，这样光导单元中的泵浦光就可以接触到液体中的气体，如果气体中包含有被测气体，被测气体就会会对激光形成吸收，通过探测器测量激光出口的光信号，可以分析出激光光束在空芯光波导中被气体吸收的比率，依据比尔朗伯定律可以推算出待测气体浓度。
由于本实施例的液体中气体检测单元不包含用电设备，因此本实施例可以不用考虑测量时漏电的风险，同时由于本实施例光导单元可以制作得很细，这样透气膜套管也可以制作得很细，进而增加了液体中气体检测单元与液体接触的比表面积，加快液体中气体向套管内扩散的速度，提高检测的效率。
同时本实施例设置了多个针对不同被测气体的泵浦激光器，每个激光器出射的光经合束单元合束后通过液体中气体检测单元，每种被测气体同时吸收合束光线中的各对应波长的激光，然后通过解波分复用单元将合束光线按波长解波分解，每个波长对应一个探测器，这样就可以同时检测处多种被测气体的浓度信息，进而得知液体中溶液气体的组分。
如图4为本实用新型的一种液体中气体检测系统的第四种实施方式，其与实施例一的区别仅在于：该第二光路中还设有光纤全反镜，该出射光纤另一端与该光纤全反镜耦合连接，该第一光路中还串接有光环行器，该光环行器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一端口与第一光路耦合连接，该第二端口与该入射光纤另一端耦合连接，该第三端口与该探测器耦合连接；该第一端口能够将从该端口入射的光传输到该第二端口出射，该第二端口能够将从该端口入射的光传输到该第三端口出射。
本实施例在出射光纤后接有光纤全反镜，这样从出射光纤出射的泵浦光会被光纤全反镜反射，重新从出射光纤进入空芯光波导中与被测气体发生光热效应并从入射光纤出射，然后再从光环行器的第三端口处被探测器采集。由于空芯光波导的长度是根据被测气体的吸收光程设置的，因此本实施例能够缩短空芯光波导一半的长度，精简了整个检测装置的体积，降低制作成本。
如图5、图6为本实用新型的一种液体中气体检测单元实施例，该液体中气体检测单元包括透气膜套管、入射光纤、空芯光波导和出射光纤，该空芯光波导的两端分别与该入射光纤一端和该出射光纤一端熔接后与透气膜套管液封固定，该空芯光波导的波导壁上设有一组用于气体进入的微通道；液体中溶解的气体经过透气膜套管，进入由透气膜套管封闭的空间并经过透气微孔扩散至空芯光波导管，其中透气膜套管能够隔绝液体影响气体测量，环氧树脂胶体封堵了透气膜套管两端以形成一个密闭的气体测量结构。入射光纤与出射光纤为单模光纤，此处光纤外套管的作用是保护单模光纤裸纤。
由于不同气体对其特征谱线的吸收强度不同，为达到所需要的检测下限，需要不同的气体吸收光程。可以设置不同长度的空芯波导长度达到要求。因此根据使用要求，不同传感器的长度会有不同，带光纤保护套管的单模光纤可以根据需要裁剪成任意长度，以方便现场部署。
在实施例二和四中采用了光环行器来实现光路的连接，使用光环行器的好处是减少光纤的使用，进一步精简光路连接结构，但同样也可以使用光纤和光耦合器、光连接器件等常见光纤光学元件来完成实施例中光路的搭建。
上述实施例中各器件之间通过单模光纤连接，可以减少泵浦光在光路中的传输损耗，提高最终的检测精度和准确度。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。