(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210723589.2 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 浙江师范大学 地址 321004 浙江省金华市 婺城区迎宾大 道688号 (72)发明人 陈达如　段志伟　陈浩　张裕生　 管祖光　邵杰　于志伟　刘立富　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 忻明年 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种新型的准分布式光纤气体 探测方法 (57)摘要 本发明公开了一种新型的准分布式光纤气 体探测方法。 本发明采用单模光纤——空芯反谐 振光纤交替焊接组成的传感光纤， 以侧面开孔的 空芯反谐振光纤作为激光和气体作用的介质， 以 激光光谱技术直接探测气体， 具有响应时间短、 灵敏度高、 探测极限水平高等优点， 在煤矿气体 安全监测、 管廊气体探测、 污染气体探测等领域 具有重要的应用价 值。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115112603 A 2022.09.27 CN 115112603 A 1.一种新型的准分布式光纤气体探测方法， 其特 征在于该 方法包括以下步骤： 步骤1： 选用一套半导体激光器、 一套激光驱动 器、 一个声光调制器、 一套声光调制驱动 器、 一个电路处理单元、 一个光放大器、 一个光纤环形器、 一个光电探头、 多段单模光纤、 多 段空芯反谐振光纤， 所述的多段空芯反谐振光纤沿着长度方向有周期性的侧面 开孔； 步骤2： 将半导体激光器的输入端与激光驱动器导线连接； 将半导体激光器的输出端和 声光调制器的输入端光纤连接； 将声光调制器的输出端与光放大器的输入端光纤连接； 将声光调制器的输入端与声光 调制驱动器的输出端导线连接； 将声光调制驱动器的输入端与电路处 理单元导线连接； 将光放大器的输出端与光纤环形器的第 一端口光纤连接； 将光纤环形器的第 三端口与 光电探测器光纤连接； 将光电探测器与电路处 理单元导线连接； 多段单模光纤和多段空芯反谐振光纤按照单模光纤——空芯反谐振光纤交替焊接组 成传感光纤， 最后再焊接一段单模光纤作为末尾， 其中一段空芯反谐振光纤就作为一个气 体传感点位； 将光纤环形器的第二端口与由单模光纤—— 空芯反谐振光纤交替焊接组成的 传感光纤连接； 步骤3： 将由单模光纤——空芯反谐振光纤交替焊接组成的传感光纤放置需要气体探 测的环境中， 确保各段空芯反谐振光纤和气体探测点一一对应； 在空芯反谐振光纤周围的 气体将通过空芯反谐振光纤侧面 孔进入光纤芯层； 步骤4： 开启电路处理单元和激光驱动器， 由电路处理单元控制激光驱动器驱动半导体 激光器， 使得输出激光波长和气体 吸收峰重合， 同时由电路处理单元控制声光调制驱动器 驱动声光调制器， 把半导体激光器输出 的连续光调制成脉冲光， 脉冲激光通过光放大器放 大能量， 然后通过光纤环形器注入到由单模光纤—— 空芯反谐振光纤交替焊接组成的传感 光纤， 再利用光电探头通过多次测量平均后获得每段长度为Li的空芯反谐振光 纤前后光 纤 焊接点的反射 光的强度信号 为Pon,i+和Pon,i‑； 其次由电路处理单元控制激光驱动器驱动半导体激光器， 使得输出激光波长偏移气体 吸收峰， 和最近的吸收谷重合， 维持其它条件不变， 通过光电探头通过多次测量平均后获得 每段长度为 Li的空芯反谐振光纤前后光纤焊接点的反射 光的强度信号 为Poff,i+和Poff,i‑； 基于以上数据， 在长度为Li的空芯反谐振光纤中， 气体吸收导致的光强变化为Pon,i‑× Poff,i+/(Pon,i+×Poff,i‑),根据气体光谱吸收定律有Pon,i‑×Poff,i+/(Pon,i+×Poff,i‑)=exp(‑k× Ci×Li)， 其中k为气体相关的常数， 由此推算出长度为Li的空芯反谐振光纤纤芯的气体浓度 为Ci=ln[(Pon,i+×Poff,i‑)/(Pon,i‑×Poff,i+)]/(k×Li)。 2.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一套半导体激光器为带有光纤输出的窄线宽半导体激光器， 其输出激光波长在 待测气体的特征吸收峰附近， 输出激光线宽小于3MHz， 在电流驱动情况下能够在气体吸收 峰附近波长扫描。 3.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一个声光调制器工作波段覆盖半导体激光器的激光波长 。 4.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一个电路处理单元集成高速采集、 信号发生、 锁相放大、 数据处理及输出电路功 能。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115112603 A 25.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一个光 放大器工作波段覆盖半导体激光器的激光波长 。 6.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一个光纤环形器工作波段覆盖半导体激光器的激光波长， 激光从光纤环形器的 第一端口输入则从第二端口输出， 激光从光纤环形器的第二端口输入则从第三端口输出。 7.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的一个光电探 头工作波段覆盖半导体激光器的激光波长 。 8.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的多段 单模光纤工作波段覆盖半导体激光器的激光波长 。 9.根据权利要求1所述的探测方法， 其特 征在于： 所述的多段空芯反谐振光纤工作波段覆盖半导体激光器的激光波长， 其芯层为空气， 约束包层为能够确保反谐振机制的多个横截面为圆环或圆环嵌套的微管， 外包层和芯层有 空气连通区域。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115112603 A 3