大气监测中光纤气体传感器灵敏度的自动设定

ByGrith4

摘要:基于直角棱镜构成的吸收池用于大气监测光纤气体传感器中,探测光束在吸收池内往返的
次数N与过两个直角棱镜各自直角棱的对称面的间距d有关，通过调节间距d实现测量灵敏度的
; W- z8 \; `' r. U( |调节。以吸光度差作为输出量,根据其值的不同，选择不同的间距d。在单片机系统控制下,由步进电
机实现间距d的自动给定，同时将输出探测光束接收器送到指定位置。采用消色差透镜作为输出光
- i8 Y! |5 ^! U: Y6 }0 ]$ V束的接收透镜,则间距d的调节精度对传感器灵敏度设定的影响可不考虑。

( d+ [- R, d/ Q7 f+ t! v关键词:光纤气体传感器;灵敏度调节; 单片 机控制技术
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0引言
用于大气实时监测中的光纤光谱吸收式气体传

1 k. O7 E, M5 V, A; Q感器的检测灵敏度除了与光电器件的灵敏度和后续
电子线路的性能参数有关外,主要决定于监测区域探
( g- n; x! Z- e测光束与待测气体的相互作用长度。在大气监测系统
" m3 a" x5 h4 l7 p" o2 I; M0 A/ r$ a
/ Z% f/ b6 c- _6 y0 \) m中,对于清洁大气,探测光束经过被测区域后,光强度
: Q- B8 ^5 A5 P的改变十分微弱,此时进入光电探测器的光强虽然很
大,但光强的改变量却难于检测。为提高检测灵敏度,
) Z- g5 F* s" t9 m$ n# U9 q2 b常采用折返式吸收池来增加光在吸收池内的有效程
- ~$ E  r, P; G$ N( N, f( p% T* g长。而在浓雾天气,雾粒子的散射作用使得探测光强.
迅速减弱,光强的变化很大,光电探测器接收到的光.
强处于弱信号状态。虽然通过提高监测系统测量放大
# A3 Q" E" H/ L% E电路的放大系数可以改善灵敏度,但这需要性能优越
的低噪声放大器。在户外,温度变化频繁且幅度较大,
低噪声电子线路受温度影响较大。被测量的检测是通
过测量光强的变化量实现的。检测过程中,希望有明
" Z/ G& k  _! y( Y显的光强变化而不希望光强成为微弱信号,而通过缩
短光与待测气体的作用距离，即可提高进入探测器的
4 A. C, b  ]: k" L2 Q' l' a. \入射光,从而提高测量系统的信噪比,降低对电子线
路的性能要求。为适合实时测量,需要通过调节光与
' _. C# g3 D) A被测气体的相互作用距离实现灵敏度的自动调节。
典型的光学吸收池结构有Whitel"型Herrit'21型
及各种改进型。一旦确定了吸收池结构参数,探测光
束在吸收池内的有效光程亦被确定,很难调节。采用
6 M8 }" p: f: B! ]& ]! V一种基于直角棱镜构成的吸收池吧,可以很方便地调
. v  a" \  R8 j节其内探测光光程,本文介绍了一种适合此吸收池的
0 B, v$ _- L1 N/ `- n  I自动调节探测光光程的方法。
1大气监测气体传感器结构和工作原理
( V  b# |5 ?( k6 J6 {1 K2 @/ F1.1传感器吸收池结构
图1是基于DI-180°直角棱镜的气体吸收池的
# n5 H) Q0 Y. `1 _) q; @结构原理图，两个相同直角棱镜D1.D2的两个底面
9 f% L) S8 B1 i5 |7 ]% kF、F平行放置，构成吸收池。探测光束经输入光纤
5 H1 }# M+ D% e) h+ M# F. x
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在单片机系统控制下,由步进电机实现间距d的自动给定，同时将输出探测光束接收器送到指定位置