一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置的制作方法

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置。

背景技术：

光纤传感的本质是实现光信号到声信号的转化及对声信号的测量和解调，主要依赖光声反应原理实现，在密闭空间内气体分子吸收受到周期调制的激光的能量，而实现能级跃迁产生周期变化的压力波，该压力波由声波探测元件采集并转化为电信号继而实现光纤传感。

现有的用于光纤传感气体浓度的检测装置大都容易受到外部因素影响，抗干扰能力差，光声信号输出不稳定，因此需要对此作出改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中用于光纤气体浓度的检测装置实用性较差的问题，而提出的一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置，包括安装外壳，其特征在于：所述安装外壳内设有参考音叉气室和待测音叉气室，所述参考音叉气室和待测音叉气室的两端均固定安装有光纤准直器，所述安装外壳的一侧设有光纤耦合器，所述光纤耦合器靠近安装外壳的一端对称连接有两个光纤，且光纤远离光纤耦合器的一端均固定安装在光纤准直器上，所述外装外壳的底端设有固定导轨，所述参考音叉气室和待测音叉气室的两侧均设有微谐振器，所述参考音叉气室和待测音叉气室上分别连接有第二石英音叉和第一石英音叉，所述参考音叉气室和待测音叉气室上均设有换气装置，所述第一石英音叉和第二石英音叉远离安装外壳的一端共同连接有时序控制单元，所述时序控制单元上连接有前置放大器，所述前置放大器上连接有锁相放大器，所述锁相放大器上连接有数据采集卡，所述数据采集卡上连接有电脑，所述电脑上连接有激光器驱动，所述激光器驱动上连接有激光器，且激光器与光纤耦合器相互连接。

优选地，两个所述光纤均位于安装外壳的内侧，且光纤耦合器连接两个气室的光纤的长度和路径等效。

优选地，所述第二石英音叉和第一石英音叉的物理参数一致。

优选地，所述换气装置包括对称开设有在待测音叉气室上的待测音叉气室进气口和待测音叉气室出气口与对称开设在参考音叉气室上的参考音叉气室进气口和参考音叉气室出气口，且待测音叉气室进气口与待测音叉气室出气口和参考音叉气室进气口与参考音叉气室出气口分别相互连通。

优选地，所述第一石英音叉和第二石英音叉、时序控制单元、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、电脑、激光器驱动、激光器和光纤耦合器共同串联电连接。

与现有技术相比，本实用新型有如下有益效果：

1、时序控制单元将两路光声信号分别解调，既消除了功率波动对待测信号的影响，又精简了电路结构，降低了成本，而且两路信号的解调均使用同样的电路，进一步消除了后续可能掺杂的噪声，提高了系统的稳定性；

2、参考音叉气室能从根本上消除功率波动对待测信号的影响，原因在于，从待测音叉气室与参考音叉气室采集气体的二次谐波幅值之比等于两者的理论光声信号(与气体浓度有关)之比，两者的二次谐波幅值之比可由数据采集卡采集，并由电脑显示，且参考气室浓度为一个固定值，由此可以得到待测气体的浓度；

3、装置内部光路光纤耦合器输出到两个气室的光路是固定的，即分光之后的光信号不再受到任何干扰，除了二者的光功率不同外，其他参数均一致(如激光信号的波动等)；

综上所述，该装置对传统的光声反应气室做了大幅度的改进，依靠参考气室消除各种外界干扰对光声信号，尤其是激光的功率波动对测试结果的影响；另外，由光纤耦合器到两气室的激光准直器之间，光纤的弯曲度可以调整，光纤弯曲度也会影响光功率，进而影响光声信号，将两个气室安装在同一个装置内，可降低光纤弯曲对光声信号的影响；装置采用时分复用的方案还能精简电路，并进一步降低后续电路中可能掺杂的噪声对测量结果的影响，设计灵活、易于实现，可针对不同的气体重新确认该装置的一些参数，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置的信号传递示意图；

图2为本实用新型提出的一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置的部分结构的侧面结构示意图。

图中：1光纤耦合器、2光纤、3光纤准直器、4固定导轨、5参考音叉气室、6微谐振器、7第一石英音叉、8第二石英音叉、9待测音叉气室进气口、10待测音叉气室、11待测音叉气室出气口、12参考音叉气室进气口、13参考音叉气室出气口、14时序控制单元、15前置放大器、16锁相放大器、17数据采集卡、18电脑、19激光器驱动、20激光器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，一种带有参考气室的音叉型光纤气体浓度检测装置，包括安装外壳，安装外壳内设有参考音叉气室5和待测音叉气室10，参考音叉气室5和待测音叉气室10的两端均固定安装有光纤准直器3，安装外壳的一侧设有光纤耦合器1，光纤耦合器1靠近安装外壳的一端对称连接有两个光纤2，且光纤2远离光纤耦合器1的一端均固定安装在光纤准直器3上，安装外壳的底端设有固定导轨4，两个光纤2均位于安装外壳的内侧，且光纤耦合器1连接两个气室的光纤2的长度和路径等效，检测效果精确度高。

参考音叉气室5和待测音叉气室10内的音叉的两侧均设有微谐振器6，参考音叉气室5和待测音叉气室10上分别连接有第二石英音叉8和第一石英音叉7，第二石英音叉8和第一石英音叉7的物理参数一致，避免外界因素对检测结果造成干扰。

参考音叉气室5和待测音叉气室10上均设有换气装置，换气装置包括对称开设有在待测音叉气室10上的待测音叉气室进气口9和待测音叉气室出气口11与对称开设在参考音叉气室5上的参考音叉气室进气口12和参考音叉气室出气口13，且待测音叉气室进气口9与待测音叉气室出气口11和参考音叉气室进气口12与参考音叉气室出气口13分别相互连通。

第一石英音叉7和第二石英音叉8远离安装外壳的一端共同连接有时序控制单元14，时序控制单元14上连接有前置放大器15，前置放大器15上连接有锁相放大器16，锁相放大器16上连接有数据采集卡17，数据采集卡17上连接有电脑18，电脑18上连接有激光器驱动19，激光器驱动19上连接有激光器20，且激光器20与光纤耦合器1相互连接，第一石英音叉7和第二石英音叉8、时序控制单元14、前置放大器15、锁相放大器16、数据采集卡17、电脑18、激光器驱动19、激光器20和光纤耦合器1共同串联电连接，激光器20发射的激光信号经耦合器1分光之后分成两路，一路进入参考气室5，另一路进入待测气室10，二者产生的光声信号由第二石英音叉8和第一石英音叉7检测，时序控制单元14将分别把两个第一石英音叉7和两个第二石英音叉8产生的电信号依次向下传递，参与信号解调，即t1时刻参与解调的信号是参考气室产生的光声信号，t2时刻参与解调的是待测气室产生的光声信号，遵循固定的时间差循环往复。

本实用新型中，激光器20发射的激光信号经耦合器1分光之后分成两路，一路进入参考气室5，另一路进入待测气室10，二者产生的光声信号由第二石英音叉8和第一石英音叉7检测并输出，时序控制单元14将分别把第一石英音叉7和第二石英音叉8产生的电信号依次向下传递，参与信号解调，即t1时刻参与解调的信号是参考气室产生的光声信号，t2时刻参与解调的是待测气室产生的光声信号，遵循固定的时间差循环往复。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。