一种低噪声光纤气室及其调试方法与流程

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种低噪声光纤气室及其调试方法。

背景技术：

可调谐激光吸收光谱气体检测中，气体吸收池非常重要，一般设置一个光学气体吸收池，引入一路激光信号，激光经过光学气体吸收池单次吸收或多次反射吸收后射向光电二极管，转换为电信号。但在一些有防爆要求、腐蚀性气体环境、高温环境中，无法设置光电检测器，需要使用光纤传感气室。这种吸收气室一般设置一根光纤，导入激光至吸收气室，经过单次或者多次反射后最终又返回至光纤中，以光信号返回至检测主机再转换为电信号，利用激光在光纤中传输过程不受高温影响、不受电磁干扰、不引入电信号的特点，应用到特殊场合。

现有的气体吸收池通常是采用单光纤结构光学气体吸收池，激光由检测主机调制后发出，可经过气体吸收后直接聚焦至光纤芯经内，通过光纤传输后，在设备主机端使用光电转换器将光信号转换为电信号，在光学气体吸收池中完成光谱吸收过程，使用同一根光纤传输两个方向的激光，在串接在光路中的环形器或者分束器等光学器件中会引起光学干涉。光学干涉会在光电信号检测时，在检测原始数据上叠加有干涉条纹，这些干涉条纹对检测原始数据是无用的噪声，会降低检测系统的检测能力。另外，由于光纤的芯经一般只有0.1um左右，在光学气体吸收池中，需要将激光光束最终光纤通过准直器汇聚到光纤芯经中，系统容错性能非常小，调整难度非常大。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种体积小、便于光路调试、光学噪声低的低噪声光纤气室及其调试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种低噪声光纤气室，包括长度方向沿左右方向设置的气室腔体，气室腔体上设有气体扩散孔，气室腔体左端设有两个准直器安装孔，两个准直器安装孔的中心线均平行于气室腔体沿左右方向的中心线，一个准直器安装孔内设有入射准直器，另一个准直器安装孔内设有出射准直器，气室腔体右端内壁设有反射镜片。

入射准直器通过入射光纤与激光发射器连接，出射准直器通过出射光纤与检测主机连接。

一种低噪声光纤气室的调试方法，包括以下步骤：

（1）使用小型调整架将入射准直器与反射镜片左右相对设置固定好，通过激光发射器将可见光导入入射光纤，使入射光通过入射准直器发出入射光射到反射镜片；

（2）将入射准直器安装到气室腔体的一个准直器安装孔内，使用固化胶液将入射准直器与气室腔体固化到一起；将出射准直器安装到气室腔体的另一个准直器安装孔内

（3）调整反射镜片，调整反射光方向射向出射准直器中心；使用光功率计或者光电二极管连接出射光纤，调整过程中使光功率计或者光电二极管信号达到最强；

（4）出射光纤连接红光发射器，通过出射准直器使得红光射向反射镜片，并调整出射光线方向，使得出射准直器发出的红光能够通过反射镜片射向入射准直器；使用光功率计或者光电二极管连接入射光纤，调整过程中使光功率计或者光电二极管信号达到最强；

（5）重复步骤（3）和步骤（4），使得出射光强度达到极大值；

（6）使用固化胶液，将出射准直器与气室腔体固化到一起；

（7）使用固化胶液，将反射镜片与气室腔体固化到一起；

（8）等待胶液固化完成，即完成双光纤低干涉噪声气室调整。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明可应用于工控恶劣的情况，例如高温情况：燃烧炉、烟囱中烟气排放含量监测，这些应用场合下因环境温度过高，光电探测器无法耐受如此高的温度，需要使用光纤将光学信号引入和引出，在环境温度较低适合光电探测器使用的情况下使用。

本发明也可应用于防爆场合，例如矿井监测、氢冷发电机气体组分监测，这些场合下因被测气体易爆，在激光探测主机不能满足防爆要求的情况下，可使用光纤将光信号引入测量现场，能够满足防爆要求。

本发明能够在生产过程中，提高光程池调试的生产效率，降低生产的时间成本，使用相同调试工装更快的生产产品，使得产品更具有成本优势。

本发明的结构体积小的原因：不用多次反射，使用两个小型准直器，能有效减小体积。

本发明光学噪声低的原因：单光纤气室，之所以会引入较大的光学噪声，原因是必须使用环形器或者分束器，环形器和分束器不能完全隔绝发出的激光，部分光通过光纤导入到激光器，继而导致激光器不能锁定激光器波长。而本发明气室腔体使用两个准直器，分别用于激光发射与激光接收，无激光返回激光器，能有效减小光学噪声。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种低噪声光纤气室，包括长度方向沿左右方向设置的气室腔体1，气室腔体1上设有气体扩散孔2，气室腔体1左端设有两个准直器安装孔，两个准直器安装孔的中心线均平行于气室腔体1沿左右方向的中心线，一个准直器安装孔内设有入射准直器3，另一个准直器安装孔内设有出射准直器4，气室腔体1右端内壁设有反射镜片5。

入射准直器3通过入射光纤6与激光发射器7连接，出射准直器4通过出射光纤8与检测主机9连接。

一种低噪声光纤气室的调试方法，包括以下步骤：

（1）使用小型调整架将入射准直器3与反射镜片5左右相对设置固定好，通过激光发射器7将可见光导入入射光纤6，使入射光通过入射准直器3发出入射光射到反射镜片5；

（2）将入射准直器3安装到气室腔体1的一个准直器安装孔内，使用固化胶液将入射准直器3与气室腔体1固化到一起；将出射准直器4安装到气室腔体1的另一个准直器安装孔内

（3）调整反射镜片5，调整反射光方向射向出射准直器4中心；使用光功率计或者光电二极管连接出射光纤8，调整过程中使光功率计或者光电二极管信号达到最强；

（4）出射光纤8连接红光发射器，通过出射准直器4使得红光射向反射镜片5，并调整出射光线方向，使得出射准直器4发出的红光能够通过反射镜片5射向入射准直器3；使用光功率计或者光电二极管连接入射光纤6，调整过程中使光功率计或者光电二极管信号达到最强；

（5）重复步骤（3）和步骤（4），使得出射光强度达到极大值；

（6）使用固化胶液，将出射准直器4与气室腔体1固化到一起；

（7）使用固化胶液，将反射镜片5与气室腔体1固化到一起；

（8）等待胶液固化完成，即完成双光纤低干涉噪声气室调整。

本发明的具体使用过程为：激光发射器7发出激光，激光由入射光纤6导入，经入射准直器3将激光准直，经过光学气体吸收池内的气体吸收后打向反射镜片5；反射镜片5接收到准直激光光束后，将激光反射至出射准直器4,出射准直器4接收到反射回来的激光光束后，将激光汇聚至出射光纤8，返回到检测主机9，检测主机9进一步转换为光电信号，检测主机9通过计算激光的吸收比例，反衍推算被测气体的浓度。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。