(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221419265.1 (22)申请日 2022.06.07 (73)专利权人 厦门大学 地址 361005 福建省厦门市思明区思明南 路422号 (72)发明人 董小鹏　杨镓华　 (74)专利代理 机构 厦门南强之 路专利事务所 (普通合伙) 35200 专利代理师 张素斌 (51)Int.Cl. G01N 21/45(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 一种基于光热效应和波分复用 干涉仪的多 点气体检测装置 (57)摘要 一种基于光热效应和波分复用 干涉仪的多 点气体检测装置， 包括波长扫描激光器、 环形器、 耦合器、 光纤延迟环、 多个检测单元、 光纤分路 器、 滤波器、 斩波器、 空间准直装置、 掺铒光纤放 大器， 泵浦激光器、 光电探测器、 数据采集卡以及 计算机系统； 环形器与耦合器一输入端相连， 耦 合器两个输出端分别与光纤延迟环和检测单元 连接， 检测单元并列设置并与光纤分路器连接； 环形器还分别连接波长扫描激光器和光电探测 器； 光纤分路器与滤波器相连， 滤波器与空间准 直装置输 出端连接， 空间准直装置的中间有斩波 器； 空间准直装置输入端与掺铒光纤放大器输出 端相连， 掺铒光纤放大器输入端与泵浦激光器相 连接； 光电探测器连接数据采集卡， 数据采集卡 连接计算机系统。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 217466666 U 2022.09.20 CN 217466666 U 1.一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其特征在于： 包括波长 扫描激光器、 环形器、 耦合器、 光纤延迟环、 多个检测单元、 光纤分路器、 滤波器、 斩波器、 空 间准直装置、 掺 铒光纤放大器， 泵浦激光器、 光电探测器、 数据采集 卡以及计算机系统； 所述环形器为三端口光纤环形器， 所述环形器与耦合器的一输入端相连， 耦合器的两 个输出端分别与光纤延迟环和检测单元连接， 所述检测单元并列设置并与光纤分路器连 接； 环形器还分别连接波长扫描激光器和光电探测器； 所述光纤分路器与滤波器相连， 所述滤波器与空间准直装置的输出端连接， 所述空间 准直装置的中间放置有斩波器； 所述空间准直装置的输入端与掺铒光纤放大器的输出端相 连， 掺铒光纤放大器的输入端与泵浦激光器相连接； 所述光电探测器连接数据采集卡， 所述数据采集卡连接计算机系统， 数据采集卡用于 将解调后的电压信号数据采集， 并传输 到计算机系统， 进行信号处 理和气体浓度计算。 2.如权利要求1所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述检测单元包括依次波分复用器、 吸收气室、 气体传感器和光纤光栅； 波分复 用器的入射端与耦合器的输出端或者前一个检测单元的波分 复用器的反射端连接， 波分 复 用器的透射端与吸收气室相连， 所述吸收气室与气体传感器连接， 所述气体传感器与光纤 光栅连接； 所述 光纤光栅与光纤分路器连接 。 3.如权利要求2所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述气体传感器包括第一准直器和第二准直器， 所述第一准直器设于 吸收气室 前端， 所述第二准直器设于吸收气室后端； 所述第一准直器出来的激光穿过吸收气室进入 第二准直器传输 到光纤光 栅。 4.如权利要求1所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述波长扫描激光器为在C波段波长可调谐的激光器。 5.如权利要求1所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述耦合器的分光比为5 0:50。 6.如权利要求1所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述泵浦激光器为半导体激光器， 通过调谐波长对准气体吸 收峰。 7.如权利要求1所述的一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装置， 其 特征在于： 所述空间准直装置包括第一准直器和第二准直器， 所述第一准直器出来的激光 经过斩波器进入第二 准直器传输 到滤波器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217466666 U 2一种基于光热效应和波分复用干涉仪的多点气体检测装 置 技术领域 [0001]本实用新型涉及大范围气体检测技术领域， 尤其涉及一种基于光热效应和波分复 用干涉仪的多点气体 检测装置 。 背景技术 [0002]多点(准分布式)或分布式气体检测方法可以在大范围内准确测量不 同位置的气 体浓度。 在长距离管道输气[1,2]、 大面积地下矿井瓦斯监测[3]、 城市道路气体污染检测[4 ～6]中进行泄漏检测具有重要意义。 目前多点气 体检测主要基于光纤复用技术[7]， 包括空 分复用(SDM)[3,8,9]、 时分复用(TDM)[10～12]、 频分复用(FDM)[13,14]和波分复用(WDM) [15～17]。 [0003]对于SDM[3,8,9]， 多个气体传感器可以共享一个激光器， 但需要多个光电探测器 来检测多个信号。 TD M[10～12]通常使用波长扫描脉冲激光源， 脉冲光的不同时间延迟 可以 区分多个气体传感器， 但空间分辨率通常难以提高。 FDM[13,14]主要基于调频连续波 (FMCW)， 为了将气室定位在空间的不同位置， 通常使用强度调制 扫频的激光， 但系统和信号 处理相对复杂。 WDM[15～17]常使用多个匹配气体吸收峰的FBG， 通过不同波长区分多个气 体传感器， 因此多个传感器之间的信号串扰一般较小。 然而， 检测数量受气 体吸收峰数量的 限制， 且气体每个吸收峰的吸收系数不同， 导致每个气室的信噪比存在显着差异。 此外， FBG 的波长经常会因环境影响而发生漂移， 这可能会导 致测量误差。 [0004]此外， 基于空心光子带隙光纤(HC ‑PBF)气室， 已经证明了更强的光气相互作用[18 ～20]。 基于该空芯光纤和光热(PT)干涉测量的分布式气体检测系统也有报道[21]， 空间分 辨率约为30 m。 该系统使用双脉冲外差光时域反射计(OTDR)来检测气体引起的相位变化。 然 而， 检测距离、 空间分辨率和响应速度受到空芯光纤加工制造的限制(例如， 需要 fs‑laser 沿HC‑PBF制造多个微通道并精确控制孔间距)， 增加了工程成本， 影 响了实际应用中的稳定 性。 [0005]参考文献 [0006][1]D.Inaudi  and B.Glisic,"Long ‑range pipeline  monitoring  by  distributed  fiber optic sensing,"Journal  of pressure  vessel technology  132 (2010). [0007][2]S.Datta  and S.Sarkar,"A  review on different  pipeline  fault  detection  methods,"Journal  of Loss Prevention  in the Process Industries  41, 97‑106(2016). [0008][3]Z.Wang,T.Chang,X.Zeng,H.Wang,L.Cheng,C.Wu,J.Chen,Z.Luo,and  H.‑ L.Cui,"Fiber  optic multipoint  remote methane sensing system based on pseudo  differential  detection,"Optics  and Lasers in Engineering 114,50‑59(2019). [0009][4]B.Culshaw  and A.Kersey,"Fiber ‑optic sensing:A  historical   perspective,"Journal  of lightwave technology 26,1064‑1078(2008).说　明　书 1/6 页 3 CN 217466666 U 3