基于光子晶体光纤的气体传感器及其组网技术研究

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在环境保护和现代化工业生产中,低浓度气体的探测必不可少,而且在现在的工业中急需一种可监测多点气体浓度信息的传感网络。光纤型气体传感设备和方案有着很多优点:抗干扰性强、本质安全、体积小、易于组网、基于光通信技术、可实现智能化检测等,这些显著特点使其成为当今国内外传感领域研究的主要对象。而光学光谱系统因为提供了高敏感度、短的响应时间、特定的分子吸收谱以及对电磁场的干扰抗性较大等原因在气体传感方面的应用也是越来越广泛。基于光子晶体光纤的气体传感器在近年来的研究越来越多,而关于传感网络的组建的研究却比较少见到有报道,本论文以这两点为主题,主要从以下几个方面展开研究工作:1)深入了解了空芯光子晶体光纤在气体传感方面的应用,介绍了一种新型光谱吸收气体传感器,该传感器使用空芯光子晶体光纤做气室,测量了乙炔气体在13吸收带的吸收光谱图,并根据乙炔气体在1531.58nm吸收峰的衰减系数推算得该传感器的检测灵敏度可以达到94ppmv。2)研究了当前比较流行的四种光纤气体传感网的组网方式,对这四种方法从系统损耗、信噪比等方面进行了分析比较,结合本实验室的实际情况选用其中一种基于波分复用的光纤乙炔气体传感网络,利用波分复用器将SLED光源发出的宽谱光分束为不同波长的窄带光,每个窄带光包含且仅包含乙炔气体的一个吸收峰,然后利用不同的波长标记不同的监测点,从而实现多个点同时检测的功能。3)实际搭建了一个3点同时探测的乙炔气体传感网,对上面选用的系统进行了实验论证,分别利用乙炔气体的三个吸收峰:1530.371nm、1532.830以及1536.712nm,探测了三个气室G1、G2、G3的乙炔气体吸收光谱,根据光谱推算系统的最小分辨率为94ppmv。
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