氨气浓度场的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体测量领域，尤其涉及一种氨气浓度场的测量装置。
【背景技术】
[0002]氨气是一种无色气体，有刺激性恶臭味。氨气不仅来自化工原料、纺织品和纸产品的制造等工业源以及汽车排放之外，它还大量产生于家畜自然废弃物的分解过程。氨能刺激人的眼睛和呼吸道，严重危害人体的身体健康，而且影响野生动物、家畜及农业生产的健康发展。同时，氨气是建筑物内常见的污染物之一。因而实现对氨气的迅速、准确检测就变得尤为重要。
[0003]现有氨气检测方法主要有氨气敏电极法、电导率测试法、比色法、离子色谱法、可见分光光度及TDLAS红外光谱吸收法。基于电化学反应的氨气敏电极法虽然具有较高的灵敏度及稳定性，但其使用寿命较短，操作人员容易中毒，并且易受外界电磁干扰。基于氨气吸附到金属氧化物半导体表面而改变半导体电导率的电导率测试法虽然成本低，但其选择性较差。比色法虽然成本低廉，但其操作比较复杂、精度较低，并且试剂废液也会造成环境污染。离子色谱法虽然准确可靠，但其所用仪器比较笨重且价格昂贵，样品预处理较复杂，检测时间较长，不宜现场快速检测。TDLAS红外光吸收光谱法响应速度快、具有较强的抗干扰能力及较好的重复性，近年来得到了迅速的发展，并在实际中得到了应用，但是其价格也比较昂贵。
[0004]随着光纤技术的日趋成熟，光纤成本越来越低，加上光纤传感器抗电磁干扰、绝缘、耐水、耐高温、耐腐蚀的性能，光纤传感器近年来取的了飞速的发展。但现有的进行氨气浓度检测的装置仅仅能够针对单点氨气浓度测试，并不能一次获取一个面或者一个场的氨气浓度，科学性较低。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是现有的氨气检测装置仅仅能够针对单点氨气浓度测试，无法实现氨气浓度场测量的问题。
[0006]为此目的，本实用新型提出了一种氨气浓度场的测量装置，包括光时域反射计、光纤、氨气光纤传感器阵列及数据处理器；
[0007]所述光纤通过光纤接口与所述光时域反射计连接，用于传导所述光时域反射计发送的光脉冲信号；
[0008]所述氨气光纤传感器阵列包括多个设于所述光纤上的氨气光纤传感器，用于检测待测气体中所含氨气的浓度，并根据待测气体中所含氨气的浓度输出反射光信号；
[0009]所述光时域反射计，用于向所述光纤发送预设带宽的光脉冲信号，获取各个所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号，并将所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号发送给所述数据处理器。
[0010]优选地，所述光纤为一根连续光纤。
[0011]优选地，所述光纤为单模的塑料光纤。
[0012]优选地，所述氨气光纤传感器为倏逝波传感器。
[0013]优选地，所述氨气光纤传感阵列中相邻两个倏逝波传感器的间距不小于光时域反射计的最小分辨距离。
[0014]优选地，所述光时域反射计发送的光脉冲信号的中心波长为1512nm。
[0015]优选地，所述光时域反射计发送的光脉冲信号的带宽为±3nm。
[0016]优选地，所述光时域反射计上设有显示屏，用于显示所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号。
[0017]本实用新型可以实现氨气浓度场的测量，具有结构简单，操作方便，测量精度高的优点。
【附图说明】
[0018]通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中:
[0019]图1示出了本实用新型实施例提供的氨气浓度场的测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。
[0021]图1示出了本实用新型实施例提供的氨气浓度场的测量装置。如图1所示，本实施例所提供的氨气浓度场的测量装置，包括光时域反射计5、光纤1、氨气光纤传感器阵列2及数据处理器6 (例如PC机)。其中，光纤1的、与光纤末端3相反的一端通过光纤接口 4与光时域反射计5连接，用于传导光时域反射计5发送的光脉冲信号。本实施例中的光纤接口 4优选为与光时域反射计接口(图中未示出)匹配的常用光纤接口，从而进行方便的连接。
[0022]氨气光纤传感器阵列2包括多个设于光纤1上的氨气光纤传感器(如图1中的S1、S2……Sn)，用于检测待测气体中所含氨气的浓度，并根据待测气体中所含氨气的浓度输出反射光信号。
[0023]光时域反射计5，用于向光纤1发送预设带宽的光脉冲信号，获取各个氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号，并将氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号发送给数据处理器6。
[0024]光时域反射技术根据光脉冲的菲涅尔反射原理制作，在光脉冲沿着光纤传播时，当光遇到折射率发生突变的介质面时，就会产生菲涅尔反射，菲涅尔反射光返回到光纤输入端，通过光定向耦合器与入射光脉冲分离，并通过光电检测系统探测菲涅尔反射光，测量出发生菲涅尔反射的位置信息，并以光谱强度与时间的关系轨迹形式呈现，能够形象直观的显示菲涅尔反射的位置信息。
[0025]本实施例提供的氨气浓度场的测量装置结构简单，操作方便，可实现氨气浓度场的测量，具有精度高、科学性强的优点。
[0026]在此基础上，光纤1优选为一根连续光纤。进一步地，光纤1可以为单模的塑料光纤。
[0027]具体的，本发明实施例中的氨气光纤传感器采用倏逝波光纤传感器实现。
[0028]倏逝波光纤传感器近几年在气体检测方面得到了广泛的研究与应用，其工作原理是:
[0029]通过在一根连续的光纤上去除部分光纤包层，去除包层部分纤芯表面的折射率，相对于完好的光纤发生突变，不仅导致光纤中光波的菲涅耳反射，而且光纤纤芯表面的倏逝波直接渗入到纤芯表面与气体作用。利用这一现象，可以使用光时域反射技术，通过探测菲涅耳反射的产生获取倏逝波传感器的位置信息，而且能够通过测量菲涅耳反射率的变化量，获取反射率与倏逝波传感器纤芯表面气体浓度的关系。
[0030]优选地，氨气光纤传感阵列2中相邻两个倏逝波传感器的间距不小于光时域反射计的最小分辨距离。此外，传感节点(即光纤传感器)的个数可由所选光时域反射计的幅度灵敏度与每个传感节点的最大衰减量决定。
[0031]作为本实施例的优选，光时域反射计5发送的光脉冲信号的中心波长为1512nm，带宽为±3nm。现有的研究表明，氨气在1512nm处具有较强的吸收，因此通过将光时域反射仪光源设置为1512光源，结合光纤倏逝波传感器的工作原理，即可以解决氨气场浓度检测的问题。
[0032]在此基础上，光时域反射计5上还设有显示屏，可用于显示氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号。
[0033]本实施例提供的氨气浓度场的测量装置结构简单，操作方便，通过获取光纤倏逝波传感器阵列中各个传感节点的位置信息和光信号信息，利用数学模型反演得到氨气光纤传感器阵列周围空间的氨气浓度场信息，具有精度高、科学性强的优点。
[0034]需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰，可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间惟一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
[0035]本实施例未公开的技术内容均属于本领域普通技术常识，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种氨气浓度场的测量装置，其特征在于，包括光时域反射计、光纤、氨气光纤传感器阵列及数据处理器； 所述光纤通过光纤接口与所述光时域反射计连接，用于传导所述光时域反射计发送的光脉冲信号； 所述氨气光纤传感器阵列包括多个设于所述光纤上的氨气光纤传感器，用于检测待测气体中所含氨气的浓度，并根据待测气体中所含氨气的浓度输出反射光信号； 所述光时域反射计，用于向所述光纤发送预设带宽的光脉冲信号，获取各个所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号，并将所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号发送给所述数据处理器。2.如权利要求1所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述光纤为一根连续光纤。3.如权利要求2所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述光纤为单模的塑料光纤。4.如权利要求1所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述氨气光纤传感器为倏逝波传感器。5.如权利要求4所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述氨气光纤传感阵列中相邻两个倏逝波传感器的间距不小于光时域反射计的最小分辨距离。6.如权利要求1所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述光时域反射计发送的光脉冲信号的中心波长为1512nm。7.如权利要求6所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述光时域反射计发送的光脉冲信号的带宽为±3nm。8.如权利要求1所述的氨气浓度场的测量装置，其特征在于，所述光时域反射计上设有显示屏，用于显示所述氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号。
【专利摘要】本实用新型涉及一种氨气浓度场的测量装置，包括光时域反射计、光纤、氨气光纤传感器阵列及数据处理器，光纤通过光纤接口与光时域反射计连接，以传导光时域反射计发送的光脉冲信号；氨气光纤传感器阵列包括多个设于光纤上的氨气光纤传感器，以检测待测气体中所含氨气的浓度，并根据待测气体中所含氨气的浓度输出反射光信号；光时域反射计，获取各个氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号，并将氨气光纤传感器的位置信息以及反射光信号发送给数据处理器，以得到氨气光纤传感器阵列周围空间的氨气浓度场信息。本实用新型实现了氨气浓度场的测量，结构简单，操作方便，具有精度高、科学性强的优点。
【IPC分类】G01N21/17
【公开号】CN205027655
【申请号】CN201520680609
【发明人】矫雷子, 赵贤德, 郎筠, 王大山, 梁建平, 吴文彪
【申请人】北京农业智能装备技术研究中心
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年9月2日