專利名稱：一種光譜吸收型氣體測量氣室及其提高氣體擴散速度的方法
技術領域：
本發明屬于氣體測量領域，涉及一種光譜吸收型氣體測量氣室。
背景技術：
測量氣室是光譜吸收型光纖氣體傳感器的敏感元件，目前主要采用的方 法主要有兩種。
(1) 單程氣室氣室的兩側各安裝一個光纖準直器。入射端光纖準直器將 光纖中傳輸的光轉換成近似平行光射入氣室，出射端光纖準直器將經過氣體 吸收之后的光耦合進入光纖繼續傳輸。光纖準直器的工作距離一般只有幾十 厘米，所以單程氣室的氣體吸收光程短，由此組建的氣體檢測系統靈敏度低。
(2) 多次反射氣室多次反射氣室是利用表面鍍有高反射率反射膜的反射 鏡，使入射光在氣室內部多次反射，延長氣體吸收光程。多次反射氣室氣體 吸收光程長，系統靈敏度高，但是多次反射氣室耦合效率低，傳輸損耗大。 同時其結構復雜，調試困難，且受環境的影響非常大(光程越長，影響程度 越大)，實際應用難度較大。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種光譜吸收型氣 體測量氣室，包括單模光纖l、多模光纖2、第一微型密閉腔3、第二微型密 閉腔4、第一段空芯光纖5、第二段空芯光纖6和微型真空泵7;在第一微型 密閉腔3頂部設置第一出氣口 17，在第二微型密閉腔4頂部設置第二出氣口18，第一出氣口 17和第二出氣口 18連接微型真空泵7，單模光纖l和第一 段空芯光纖5在第一微型密閉腔3中連接，多模光纖2和第二段空芯光纖6 在第二微型密閉腔4中連接，第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6連接， 探測光源經單模光纖1進入第一段空芯光纖5后、經第二段空芯光纖6進入 多模光纖2中，再由多模光纖2輸出至光電探測器。
所述第一微型密閉腔3內部兩端設置有密封活塞、單模光纖1的第四光 纖接頭13插入第二活動接頭11的左端，第一段空芯光纖5的第三光纖接頭 12插入第二活動接頭11的右端，通過第一移動推柄19控制第三光纖接頭12 和第四光纖接頭13的連接或者斷幵。
所述第二微型密閉腔4內部兩端設置有密封活塞、多模光纖2的第四光 纖接頭16插入第三活動接頭14的左端，第二段空芯光纖6的第三光纖接頭 15插入第三活動接頭14的右端，通過第二移動推柄20控制第三光纖接頭15 和第四光纖接頭16的連接或者斷開。
所述第一段空芯光纖5的第二光纖接頭10插入第一活動接頭8的左端， 第二段空芯光纖6插入第一活動接頭8的右端。
所述第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14都是開縫直 套管。
一種光譜吸收型氣體測量氣室提高氣體擴散速度的方法，包括如下步驟:
(1) 打開第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14;
(2) 使第一出氣口 17和第二出氣口 18同時與微型真空泵7連接，打開微 型真空泵7抽氣，使第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6的兩端均產生壓 力差，使氣體快速擴散進入第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6;(3)第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6內部氣體擴散均勻之后，關閉 微型真空泵7、第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14，使探 測光源經單模光纖1進入第一段空芯光纖5后、經第二段空芯光纖6進入多 模光纖2中，再由多模光纖2輸出至光電探測器。
本發明提供一種用于光譜吸收型氣體測量氣室。該氣體測量氣室具有體 積小、易彎曲、耦合效率高、且可以通過增加光纖的長度來增加氣體吸收光 程等優點，提高環境氣體在氣體腔內的擴散、逃逸速度。
當連接頭閉合時，光可以以較低傳輸損耗在腔內傳輸。打開時，連接頭 上的開縫可以使氣體能夠擴散進入空芯光纖。為加快氣體在空芯光纖內的擴 散、逃逸速度，在空芯光纖的中部斷開，同樣用活動接頭將兩端對接。
空芯光纖與單模光纖、多模光纖的接口部分分別放置在兩個微型密閉腔 內。通過微型真空泵抽取密閉腔內的空氣，在兩部分空芯光纖的兩端均形成 一定的壓力差，從而加快待測氣體向腔內的擴散速度。
圖l為本發明的系統結構圖2為本發明的活動接頭示意具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述
參見圖l、 2， 一種光譜吸收型氣體測量氣室，包括單模光纖l、多模光
纖2、第一微型密閉腔3、第二微型密閉腔4、第一段空芯光纖5、第二段空 芯光纖6和微型真空泵7;在第一微型密閉腔3頂部設置第一出氣口 17，在第二微型密閉腔4頂部設置第二出氣口 18，第一出氣口 17和第二出氣口 18 連接微型真空泵7，單模光纖1和第一段空芯光纖5在第一微型密閉腔3中 連接，多模光纖2和第二段空芯光纖6在第二微型密閉腔4中連接，第一段 空芯光纖5和第二段空芯光纖6連接，探測光源經單模光纖1進入第一段空 芯光纖5后、經第二段空芯光纖6進入多模光纖2中，再由多模光纖2輸出 至光電探測器。
所述第一微型密閉腔3內部兩端設置有密封活塞、單模光纖1的第四光 纖接頭13插入第二活動接頭11的左端，第一段空芯光纖5的第三光纖接頭 12插入第二活動接頭11的右端，通過第一移動推柄19控制第三光纖接頭12 和第四光纖接頭13的連接或者斷開。
所述第二微型密閉腔4內部兩端設置有密封活塞、多模光纖2的第四光 纖接頭16插入第三活動接頭14的左端，第二段空芯光纖6的第三光纖接頭 15插入第三活動接頭14的右端，通過第二移動推柄20控制第三光纖接頭15 和第四光纖接頭16的連接或者斷開。
所述第一段空芯光纖5的第二光纖接頭10插入第一活動接頭8的左端, 第二段空芯光纖6插入第一活動接頭8的右端。
所述第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14都是開縫直 套管。
一種光譜吸收型氣體測量氣室提高氣體擴散速度的方法，包括如下步驟
(1) 打開第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14;
(2) 使第一出氣口 17和第二出氣口 18同時與微型真空泵7連接，打開微 型真空泵7抽氣，使第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6的兩端均產生壓力差，使氣體快速擴散進入第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6;
(3)第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6內部氣體擴散均勻之后，關閉 微型真空泵7、第一活動接頭8、第二活動接頭11和第三活動接頭14，使探 測光源經單模光纖1進入第一段空芯光纖5后、經第二段空芯光纖6進入多 模光纖2中，再由多模光纖2輸出至光電探測器。
第一段空芯光纖5和第二段空芯光纖6都是空芯光子晶體光纖，第一段 空芯光纖5和第二段空芯光纖6長度均為lm，耦合效率大于80%，在5個 大氣壓下，氣體的均勻擴散至空芯光纖內部需要的時間為3分鐘。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明， 不能認定本發明的具體實施方式
僅限于此，對于本發明所屬技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演 或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求
1、一種光譜吸收型氣體測量氣室，其特征在于，包括單模光纖(1)、多模光纖(2)、第一微型密閉腔(3)、第二微型密閉腔(4)、第一段空芯光纖(5)、第二段空芯光纖(6)和微型真空泵(7)；在第一微型密閉腔(3)頂部設置第一出氣口(17)，在第二微型密閉腔(4)頂部設置第二出氣口(18)，第一出氣口(17)和第二出氣口18連接微型真空泵(7)，單模光纖(1)和第一段空芯光纖(5)在第一微型密閉腔(3)中連接，多模光纖(2)和第二段空芯光纖(6)在第二微型密閉腔(4)中連接，第一段空芯光纖(5)和第二段空芯光纖(6)連接，探測光源經單模光纖(1)進入第一段空芯光纖(5)后、經第二段空芯光纖(6)進入多模光纖(2)中，再由多模光纖(2)輸出至光電探測器。
2、 根據權利要求1所述的一種光譜吸收型氣體測量氣室，其特征在于， 所述第一微型密閉腔(3)內部兩端設置有密封活塞、單模光纖(1)的第四光纖接 頭(13)插入第二活動接頭(11)的左端，第一段空芯光纖(5)的第三光纖接頭(12) 插入第二活動接頭(ll)的右端，通過第一移動推柄(19)控制第三光纖接頭(12) 和第四光纖接頭(13)的連接或者斷開。
3、 根據權利要求1所述的一種光譜吸收型氣體測量氣室，其特征在于， 所述第二微型密閉腔(4)內部兩端設置有密封活塞、多模光纖(2)的第四光纖接 頭(16)插入第三活動接頭(M)的左端，第二段空芯光纖(6)的第三光纖接頭(15) 插入第三活動接頭(14)的右端，通過第二移動推柄(20)控制第三光纖接頭(15) 和第四光纖接頭(16)的連接或者斷開。
4、 根據權利要求1所述的一種光譜吸收型氣體測量氣室，其特征在于， 所述第一段空芯光纖(5)的第二光纖接頭(10)插入第一活動接頭(8)的左端，第 二段空芯光纖(6)插入第一活動接頭(8)的右端。
5、 根據權利要求1所述的一種光譜吸收型氣體測量氣室，其特征在于， 所述第一活動接頭(8)、第二活動接頭(11)和第三活動接頭(14)都是開縫直套管。
6、 根據權利要求1所述的一種光譜吸收型氣體測量氣室提高氣體擴散速 度的方法，其特征在于，包括如下步驟(1) 打開第一活動接頭(8)、第二活動接頭(11)和第三活動接頭(14);(2) 使第一出氣口(17)和第二出氣口 18同時與微型真空泵(7)連接，打開微 型真空泵(7)抽氣，使第一段空芯光纖(5)和第二段空芯光纖(6)的兩端均產生壓 力差，使氣體快速擴散進入第一段空芯光纖(5)和第二段空芯光纖(6);(3) 第一段空芯光纖(5)和第二段空芯光纖(6)內部氣體擴散均勻之后，關 閉微型真空泵(7)、第一活動接頭(8)、第二活動接頭(11)和第三活動接頭(14)， 使探測光源經單模光纖(1)進入第一段空芯光纖(5)后、經第二段空芯光纖(6) 進入多模光纖(2)中，再由多模光纖(2)輸出至光電探測器。
全文摘要
本發明公開了一種光譜吸收型氣體測量氣室，在第一微型密閉腔頂部設置第一出氣口，在第二微型密閉腔頂部設置第二出氣口，第一出氣口和第二出氣口連接微型真空泵，單模光纖和第一段空芯光纖在第一微型密閉腔中連接，多模光纖和第二段空芯光纖在第二微型密閉腔中連接，第一段空芯光纖和第二段空芯光纖連接，探測光源經單模光纖進入第一段空芯光纖后、經第二段空芯光纖進入多模光纖中，再由多模光纖輸出至光電探測器。本發明提供一種用于光譜吸收型氣體測量氣室。該氣體測量氣室具有體積小、易彎曲、耦合效率高、且可以通過增加光纖的長度來增加氣體吸收光程等優點，提高環境氣體在氣體腔內的擴散、逃逸速度。
文檔編號G01N21/31GK101532952SQ20091002187
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者暉 丁, 崔俊紅, 李仙麗, 梁建奇 申請人:西安交通大學