專利名稱：以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外線氣體濃度檢測(cè)裝置，尤其是一種以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀。
背景技術(shù)：
紅外氣體分析儀是利用光能量被氣體分子選擇特定頻率吸收的吸收光譜原理，來測(cè)量氣體的濃度。紅外氣體分析儀由光發(fā)射單元、氣室、光接收單元、數(shù)據(jù)處理單元以及其它輔助單元組成。光發(fā)射單元包括各種紅外光源，其發(fā)射的紅外光射入氣室，被氣室中的氣體吸收衰減后，照射到接收單元。接收單元一般包括紅外探測(cè)器，它將紅外光的吸收衰減變化量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化量，該電信號(hào)被數(shù)據(jù)處理單元處理后，即可得到被測(cè)氣體中某些分子的濃度值。
具體來說，光源發(fā)射出的特定波長(zhǎng)的紅外光穿過被測(cè)氣體時(shí)，被測(cè)氣體吸收，導(dǎo)致特定頻率光的強(qiáng)度產(chǎn)生衰減，光強(qiáng)度的衰減與被測(cè)氣體濃度相關(guān)，通過測(cè)量光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測(cè)氣體的濃度。例如專利號(hào)為CN85104270、CN85104309、CN92112896.7、CN94194491.3、CN00803825.2、CN00238371.3、CN95206150.3的專利所公開的技術(shù)內(nèi)容。通常氣室是含有被測(cè)氣體的較大尺寸的封閉部件或者是一段開放的空間，紅外光在其中是以近似直線傳播或者是經(jīng)過多次反射的折線傳播的。因而氣室需要有一定的傳播長(zhǎng)度產(chǎn)生足夠的光損耗，這使紅外線式氣體分析儀體積較大、笨重，并且需要對(duì)光發(fā)射單元、接收單元進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)，這對(duì)分析儀的維護(hù)也產(chǎn)生重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的，適合便攜和廉價(jià)的紅外線氣體分析儀。
本發(fā)明包括測(cè)量路徑和參考路徑。
測(cè)量路徑中的測(cè)量路徑光子晶體光纖一端連接在進(jìn)氣連接單元上并與進(jìn)氣連接單元相通，另一端連接在出氣連接單元上并與出氣連接單元相通。進(jìn)氣連接單元為中空，設(shè)有進(jìn)氣口；出氣連接單元為中空，設(shè)有出氣口。待測(cè)氣體可以通過進(jìn)氣口通入測(cè)量路徑光子晶體光纖，經(jīng)過測(cè)量路徑光子晶體光纖通過出氣口排出，這樣測(cè)量路徑光子晶體光纖內(nèi)充滿了待測(cè)氣體。測(cè)量路徑輸入光纖一端與進(jìn)氣連接單元連接，另一端與光開關(guān)連接。測(cè)量路徑輸出光纖一端與出氣連接單元連接，另一端與光纖耦合器連接。測(cè)量路徑光子晶體光纖的兩個(gè)端口分別與測(cè)量路徑輸入光纖端口和測(cè)量路徑輸出光纖端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合。
參考路徑中的參考路徑光子晶體光纖兩端分別與兩個(gè)中空的封閉連接器連接并相通，里面充滿參考?xì)怏w。參考路徑輸入光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光開關(guān)連接。參考路徑輸出光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光纖耦合器連接。參考路徑光子晶體光纖的兩個(gè)端口分別與參考路徑輸入光纖端口和參考路徑輸出光纖端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合。
光發(fā)射單元的紅外光源通過光纖與光開關(guān)連接，光接收單元的紅外探測(cè)器通過光纖與光纖耦合器連接。光發(fā)射單元的控制信號(hào)輸入端、光接收單元信號(hào)輸出端以及光開關(guān)分別與數(shù)據(jù)處理單元電連接。
所述的光發(fā)射單元的紅外光源與光開關(guān)之間設(shè)有光濾波器；所述的光接收單元的紅外探測(cè)器與光纖耦合器之間設(shè)有光濾波器。其作用是使需要頻率的光通過，而濾除不需要頻率的光。
本發(fā)明中也可以不使用光開關(guān)，而采用兩個(gè)光發(fā)射單元，其紅外光源分別接入測(cè)量路徑輸入光纖和參考路徑輸入光纖，控制信號(hào)輸入端分別與數(shù)據(jù)處理單元電連接，也可達(dá)到相同的發(fā)明目的。該方案也在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
光發(fā)射單元、光接收單元和數(shù)據(jù)處理單元采用現(xiàn)有紅外氣體分析儀相應(yīng)的技術(shù)。
本發(fā)明利用光子晶體光纖能束縛傳導(dǎo)光的特性以及其芯層可以是空心的特點(diǎn)，直接將光子晶體光纖的中空芯層作為氣室，光在其中以導(dǎo)波的形式傳播的。其主要優(yōu)點(diǎn)是，由于光子晶體光纖具有柔韌性、可以卷曲起來，光在其中傳播也以導(dǎo)波的方式沿著光纖彎曲傳播，因而氣室的尺寸可以很?。辉黾庸庾泳w光纖的長(zhǎng)度可以增加光傳播的路徑長(zhǎng)度，從而增加氣體對(duì)光吸收的幅度，提高紅外線式氣體分析儀的性能；光子晶體光纖的重量很輕，能大幅減輕分析儀的重量；本實(shí)用新型有被測(cè)氣體測(cè)量路徑合參考?xì)怏w測(cè)量路徑，通過分別測(cè)量合比較被測(cè)氣體測(cè)量路徑與參考?xì)怏w測(cè)量路徑的光衰減，可減小溫度等環(huán)境因素對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響，因而有更高的測(cè)量精度。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，該氣體濃度檢測(cè)裝置包括測(cè)量路徑20和參考路徑21。
其中，測(cè)量路徑20中的測(cè)量路徑光子晶體光纖8一端連接在進(jìn)氣連接單元6上并與進(jìn)氣連接單元6相通，另一端連接在出氣連接單元10上并與出氣連接單元10相通。進(jìn)氣連接單元6為中空，設(shè)有進(jìn)氣口7。出氣連接單元10為中空，設(shè)有出氣口9。待測(cè)氣體可以通過進(jìn)氣口7通入測(cè)量路徑光子晶體光纖8，經(jīng)過測(cè)量路徑光子晶體光纖8通過出氣口9排出，這樣測(cè)量路徑光子晶體光纖8內(nèi)充滿了待測(cè)氣體。測(cè)量路徑輸入光纖5一端與進(jìn)氣連接單元6連接，另一端與光開關(guān)4連接。測(cè)量路徑輸出光纖11一端與出氣連接單元10連接，另一端與光纖耦合器12連接。測(cè)量路徑光子晶體光纖8的兩個(gè)端口分別與測(cè)量路徑輸入光纖5端口和測(cè)量路徑輸出光纖11端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合。
參考路徑21中的參考路徑光子晶體光纖17兩端分別與兩個(gè)中空的封閉連接器16和18連接并相通，里面充滿參考?xì)怏w。參考路徑輸入光纖15一端與封閉連接器16連接，另一端與光開關(guān)4連接。參考路徑輸出光纖19一端與封閉連接器18連接，另一端與光纖耦合器12連接。參考路徑光子晶體光纖17的兩個(gè)端口分別與參考路徑輸入光纖15端口和參考路徑輸出光纖19端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合。
光發(fā)射單元2的紅外光源3通過光纖與光開關(guān)4連接，光接收單元14的紅外探測(cè)器13通過光纖與光纖耦合器12連接。光發(fā)射單元2的控制信號(hào)輸入端、光接收單元14的信號(hào)輸出端以及光開關(guān)4分別與數(shù)據(jù)處理單元1電連接。
數(shù)據(jù)處理單元1通過光開關(guān)4控制光發(fā)射單元2發(fā)射的紅外光射入測(cè)量路徑輸入光纖5或參考路徑輸入光纖15。如果光射入測(cè)量路徑20，則進(jìn)行被測(cè)氣體測(cè)量，如果光射入?yún)⒖悸窂?1，則進(jìn)行參考?xì)怏w測(cè)量。
如果光射入測(cè)量路徑20中的測(cè)量路徑輸入光纖5，則測(cè)量路徑20工作考路徑21不工作。測(cè)量路徑輸入光纖5在進(jìn)氣連接單元6中將光耦合進(jìn)入測(cè)量路徑光子晶體光纖8中，光流過整條測(cè)量路徑光子晶體光纖8，該光子晶體光纖8中流動(dòng)被測(cè)氣體，光被被測(cè)氣體分子吸收衰減。測(cè)量路徑光子晶體光纖8另一端在出氣連接單元10中，將光耦合到測(cè)量路徑輸出光纖11中；光經(jīng)過光纖耦合器12通過光纖將光照射在光接收單元14的紅外探測(cè)器13上，光接收單元14將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳送到數(shù)據(jù)處理單元1。
如果光流入?yún)⒖悸窂捷斎牍饫w15，則參考路徑21工作測(cè)量路徑20不工作。參考路徑輸入光纖15在封閉連接器16中，將光耦合進(jìn)入?yún)⒖悸窂焦庾泳w光纖17中，并且光流過整條參考路徑光子晶體光纖17，該光子晶體光纖17中充滿參考?xì)怏w，光被其中的參考?xì)怏w分子吸收衰減。光子晶體光纖17另一端在另一個(gè)封閉連接器18中，通過參考路徑輸出光纖19經(jīng)過光纖耦合器12將光照射在光接收單元14的紅外探測(cè)器13上，光接收單元14將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳送到數(shù)據(jù)處理單元1。
數(shù)據(jù)處理單元1將測(cè)量路徑20與參考路徑21對(duì)光的衰減幅度大小進(jìn)行對(duì)比和處理，可以消除因外界環(huán)境以及器件老化等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，精確的測(cè)量氣體中某些分子的濃度。
權(quán)利要求
1.以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特征在于該裝置包括測(cè)量路徑和參考路徑；測(cè)量路徑中的測(cè)量路徑光子晶體光纖一端連接在進(jìn)氣連接單元上并與進(jìn)氣連接單元相通，另一端連接在出氣連接單元上并與出氣連接單元相通；進(jìn)氣連接單元為中空，設(shè)有進(jìn)氣口，出氣連接單元為中空，設(shè)有出氣口；測(cè)量路徑輸入光纖一端與進(jìn)氣連接單元連接，另一端與光開關(guān)連接；測(cè)量路徑輸出光纖一端與出氣連接單元連接，另一端與光纖耦合器連接；測(cè)量路徑光子晶體光纖的兩個(gè)端口分別與測(cè)量路徑輸入光纖端口和測(cè)量路徑輸出光纖端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合；參考路徑中的參考路徑光子晶體光纖兩端分別與兩個(gè)中空的封閉連接器連接并相通，里面充滿參考?xì)怏w；參考路徑輸入光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光開關(guān)連接；參考路徑輸出光纖一端與封閉連接器連接，另一端與光纖耦合器連接；參考路徑光子晶體光纖的兩個(gè)端口分別與參考路徑輸入光纖端口和參考路徑輸出光纖端口位置對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光耦合；光發(fā)射單元的紅外光源通過光纖與光開關(guān)連接，光接收單元的紅外探測(cè)器通過光纖與光纖耦合器連接；光發(fā)射單元的控制信號(hào)輸入端、光接收單元信號(hào)輸出端以及光開關(guān)分別與數(shù)據(jù)處理單元電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特征在于所述的光發(fā)射單元的紅外光源與光開關(guān)之間設(shè)有光濾波器，所述的光接收單元的紅外探測(cè)器與光纖耦合器之間設(shè)有光濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀，其特征在于所述的測(cè)量路徑輸出光纖和參考路徑輸出光纖中設(shè)置有光濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以光子晶體光纖作為氣室的紅外線氣體分析儀?，F(xiàn)有產(chǎn)品體積較大、不易維護(hù)。本發(fā)明包括測(cè)量路徑和參考路徑，分別利用光子晶體光纖能束縛傳導(dǎo)光的特性以及其芯層可以是空心的特點(diǎn)，直接將光子晶體光纖的中空芯層作為氣室對(duì)待測(cè)氣體和參考?xì)怏w進(jìn)行測(cè)量。由于光子晶體光纖具有柔韌性、可以卷曲起來，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。同時(shí)通過分別測(cè)量和比較被測(cè)氣體測(cè)量路徑與參考?xì)怏w測(cè)量路徑的光衰減，可減小溫度等環(huán)境因素對(duì)氣體濃度測(cè)量的影響，因而有更高的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N21/01GK1793855SQ20061004913
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者盧山鷹 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)