光纤耦合结构长光程怀特池气体传感器.pdf

《光纤耦合结构长光程怀特池气体传感器.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、电子·撒第23卷第6期2012年6月JournalofOptoelectronics·LaserVo1．23No．6June2012光纤耦合结构长光程怀特池气体传感器宋志强，倪家升，尚盈，王昌，刘统玉，魏玉宾(山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室，山东济南250014)摘要：首先介绍了怀特(white)池的基本结构，分析了怀特池系统中光束反射次数对实际气体检测的影响。在此基础上，利用光纤准直器的光束耦合特性，设计了一种光纤耦合结构的长光程气体吸收池传感器，在2Ocm基本尺寸上实现了12m的吸收光程，在特定的温度范围内系统的光耦合

2、效率稳定在55以上，应用于有害气体的远程在线监测。关键词：怀特(White)池；气体吸收池；光纤耦合；气体检测中图分类号：TN253文献标识码：A文章编号：1005—0086(2012)06—1082—04Studyoflong-optical-pathWhitecellgassensorwithfibercouplingstructureSONGZhi-qiang，NIJia-sheng，SHANGYing，WANGChang，UUTong—yu，WEIYu-bin(ShandongKeyLabofFiberSensors，LaserRes

3、earchInstituteofShandongAcademyofSciences，Jinan250014，China)Abstract：ThebasicstructureofWhitecellisintroduced．AndtheinfluenceoflightreflectiontimesofWhiteeellsystemingasmonitoringisanalyzedasanequallyimportantfactor．Onthisbasis．afiberCOU—plingstructureofⅥtecellwithlongoptic

4、alpathisdesignedcombinedwiththelightcouplingcharac—teristicsoffibercollimators．Asaresult。12mabsorption1engthisobtainedona20cmbasicsizedWhtecel1andthelightcouplingefficiencyofthesystemissteadyat55％ormoreinthecertaintemperaturerange．TheⅥtecellgassensorcanbeappliedforreoteando

5、n-linemonitoringoftheharmfulgasre—motelyandon-line．Keywords：Whitecell；gasabsorptioncell；fibercoupling；gasmonitoring光学吸收池。它由3片曲率半径相同的凹球面镜构成，1引言具有结构简单、体积小巧和光程可调等优点，通过增加近年，随着对生活环境健康状况的关注意识加强，基本长度或反射次数的方法，其光程长度可达几十甚至环境监测技术尤其是有害气体分析检测技术成为了炙上百米_9，是目前最常用的吸收式气体传感器。但在手可热的研究课题[1]。在气体

6、检测的各种研究方法中，煤矿采空区、化工厂和气体罐装车间等特殊环境，往往利用气体的吸收光谱特性的红外吸收光谱技术【2是需要采用本质安全的传感器进行远程监测。本文在怀一种适用性强而被广泛应用的技术。其中，长光程气体特池结构的基础上进行优化设计，利用光纤准直器作为吸收池作为气体检测系统的传感器，是吸收光谱气体检光束的入射和接收器件，设计了一种光纤耦合型长光程测技术的核心关键器件。但目前在气体检测技术的研气体吸收池，在2Ocm基本尺寸上可实现12m的气体究大多关注了算法和信号处理技术[5q]，对气体吸收池吸收光程，在一定的环境温度范围内系统的光耦合效

7、率传感器的研究不多，并且几米以上光程的传感器往往体稳定在55以上，满足实际应用中对吸收光程和信号强积太大，不便于现场工程应用。度的要求，并且通过光缆传输光信号可实现远程在线监早在1942年，white[。就设计提出了一种长光程的测的要求。*E-nmil：zhiqiangs@gmail．tom收稿日期：2012—01—30修订日期：2012—02—15基金项目：山东省科技攻关计划(2009GG10007016)资助项目第6期宋志强等：光纤耦合结构长光程怀特池气体传感器对波长的光的吸收截面，表征气体吸收光子的能2设计依据力；C为待测气体分子浓度；

8、R为凹球面镜的反射率；2．1怀特池基本结构N为光束在怀特池中被反射的总次数，且N一2n4-要在有限的体积内实现较长的光束传输距离，最可1；L为光束走过的总光程，由式