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对光纤气体传感器的改进 作者：张令 （系西南交通大学机械学院） 文章摘要：对存在各种性能缺陷的光纤气体传感器的气室进行分析，进而改进，得到一种性能较好的气室。 关 键 词：气室 ，渐变折射率透镜，吸收峰 ，耦合 Improvement For Fibreopitic Gas Sensor By Zhang Ling (majored in industrial engineering from school of mechanical engineering,southwest JiaoTong university) Abstract: by analysing and improving the air chamber of fibreoptic gas sensor which contains various defects in capability,We can obtain a better-qualified air chamber. Key Words :air chamber,graded index lens,absorption peak, coupling。 随着世界工业化的发展，环境的污染越来越严重，尤其是对大气的污染。大量的有体 弥漫在天空中。使得人们对大气的成分十分的关心。而且光纤工业也发展很快。就出 现了以下的光纤传感器。用它们来测量有害气体。 光纤气体传感器原理 此光纤气体传感器由激光器——产生激光光纤——传导光信息，滤波器，气室等组成 如右图。其工作原理；一些常见的有害气体 在近红外线波段（波长1—1.7微米），正好 是石英光纤的吸收窗口。 在这里有吸收峰 如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收峰，则光通过气体时发生衰减，输出光强I,输出光强Io 。它们的关系是： I=Io exp(-am LC) 式字中am 为摩尔吸收系数；C表示气体的浓度，以大气压（1atm=10kpa）为单位；L表示 光与气体的作用长度（传感长度）以cm为单位。 2．对几种气室做一些探讨 图（a）是直接吸收型传感器的起4室，其中的光纤作为传输介质，敏感元件为气室。从光纤中射出的光，经输入透镜准直变为平行光，光穿过气室经吸收后，由输出透镜耦合到光纤中。气室的长度从几厘米到几米。这种气室很简单而粗糙。图（b）是另一种气室的设计 这 时气室用一个透镜和一个反光镜构造而成。透镜同时起到输入和输出的作用。一个光纤定向 耦合器用于提取部分反射光，来测量气体的浓度。这种气室的特点是光经过气室，灵敏度有 所加强，但光功率的不到充分的利用，因为定向耦合气和反射镜对光都有损耗。以上两种气室涉及到光纤和其他元件的耦合问题，准直问题，温度的稳定性和抗震性不佳。考虑到这些 因素，以及有些气体对石英光纤的低损耗窗口内没有较强的吸收峰;或者虽然有吸收峰,相应 波长的光和检测元件太昂贵。采用以下的改进设计。将（b）图中透镜和反光镜变为两个渐变折射率且带尾纤的透镜——尾纤增强了稳定性和抗震性，再者在输出光纤的端口加上染料 指示剂——检测那些没有较强的吸收峰，或者虽然有吸收峰，但相应波长的光源和检测元件 太昂贵的气体。 在气室中加上一个温度调节器—用于加强温度的稳定性。综合得出以下的 设计图。 参考文献： 廖延彪 《光纤光学》 北京清华大学出版社2000 张志鹏 《光纤传感器原理》 中国计量大学出版社 孙圣和 《光纤测量传感技术》 哈尔滨工业大学出版社 对光纤气体传感器的改进.doc 作者：张令 性别：男 出生：1985-4-12 籍贯：四川省 院系：机械学院