(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 212207092 U(45)授权公告日 2020.12.22
(21)申请号 202020321589.6(22)申请日 2020.03.13
(73)专利权人 深圳大学
地址 518000 广东省深圳市南山区南海大
道3688号(72)发明人 闫培光 段辉雄 尹金德 陈浩
张敏 郭凯 (74)专利代理机构 北京三聚阳光知识产权代理
有限公司 11250
代理人 张琳琳(51)Int.Cl.
G01N 21/3504(2014.01)G01N 21/25(2006.01)G01N 21/01(2006.01)G01N 21/31(2006.01)
权利要求书1页 说明书8页 附图5页
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
CN 212207092 U(54)实用新型名称
一种红外气体传感器及其检测系统(57)摘要
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种红外气体传感器及其检测系统。包括：传输
传输光纤、光通道，具有顺次连接的光输入光纤、
输出光纤；其中所述传输光纤在靠近所述光输入光线的侧面开设有气体入口，所述光输入光纤与光源连接，所述光输出光纤与检测装置连接；气体输入导管组件，具有与所述气体入口连接的气体输入导管；所述气体输入导管用于将待测气体导入所述传输光纤。利用传输通道和气体输入导管组件，从而实现光源和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，从而能够在保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。
CN 212207092 U
权 利 要 求 书
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1.一种红外气体传感器，其特征在于，包括：传输通道，具有顺次连接的光输入光纤、传输光纤、光输出光纤；其中所述传输光纤在靠近所述光输入光线的侧面开设有气体入口，所述光输入光纤与光源连接，所述光输出光纤与检测装置连接；
气体输入导管组件，具有与所述气体入口连接的气体输入导管；所述气体输入导管用于将待测气体导入所述传输光纤。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述气体输入导管组件，包括：第一阀门，设置在所述气体输入导管远离所述气体入口的一端；第一固定件，包覆所述传输光纤与所述气体输入导管的连接处。3.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，还包括：气体输出导管组件，具有气体输出导管；其中，所述传输光纤在靠近所述光输出光纤的侧面开设有气体出口，所述气体输出导管与所述气体出口连接。
4.根据权利要求3所述的红外气体传感器，其特征在于，所述气体输出导管组件，包括：第二阀门，设置在所述气体输出导管远离所述气体出口的一端；第二固定件，包覆所述传输光纤与所述气体输入出导管的连接处。5.根据权利要求3所述的红外气体传感器，其特征在于，所述传输光纤包括：气体输入光纤，开设有所述气体入口；其中，所述气体输入光纤的一端与所述光输入光纤连接，另一端与空芯光纤连接；
所述空芯光纤与所述光输出光纤连接。6.根据权利要求5所述的红外气体传感器，其特征在于，所述传输光纤还包括：气体输出光纤，开设有所述气体出口；其中，所述气体输出光纤的一端所述空芯光纤连接，另一端与所述光输出光纤连接。
7.根据权利要求5所述的红外气体传感器，其特征在于，所述空芯光纤包括：纤芯和包层；其中，所述包层具有多个薄壁毛细管，所述薄壁毛细管轴向与所述纤芯的轴向平行。
8.一种红外气体传感器的检测系统，其特征在于，包括：权利要求1-7中任一项所述的红外气体传感器；光源，与所述红外气体传感器的光输入光纤连接；检测装置，与所述红外气体传感器的光输出光纤连接。9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：至少一个气体储存罐；气体混合器，分别与所述至少一个气体储存罐连接；其中，所述气体混合器的输出端与所述气体输入导管连接。
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CN 212207092 U
说 明 书
一种红外气体传感器及其检测系统
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技术领域
[0001]本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种红外气体传感器及其检测系统。背景技术
[0002]在现有技术中，红外气体传感器是利用中红外光到空芯光纤耦合并采用空间聚焦的方式进行红外气体检测，但是通过耦合方式会使空芯光纤的损耗变大，且耦合辅助调整模块体积也大，并且其机械稳定性也比较差。又因在现有技术中在使用红外气体传感器时需要移动和调整红外气体传感器的组件/部件，从而对待测气体进行测量。但由于需要移动和调整红外气体传感器的组件/部件，这将有可能会影响传感器的测量结果。例如：使用红外气体传感器进行实验时，需要移动光纤进行气体填充处理后在进行测量，由于光纤移动使得部分参数产生变化，从而影响光纤气体传感器的综合性能，可能会出现传感器的响应时间延迟长、灵敏度低、实时性差、稳定性不高等问题。实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种红外气体传感器及其检测系统，以解决现有技术中使用红外气体传感器进行测量时需要对光纤进行移动所造成传感器综合性能变差影响测量结果的问题。[0004]根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种红外气体传感器，包括：[0005]传输通道，具有顺次连接的光输入光纤、传输光纤、光输出光纤；其中所述传输光纤在靠近所述光输入光线的侧面开设有气体入口，所述光输入光纤与光源连接，所述光输出光纤与检测装置连接；
[0006]气体输入导管组件，具有与所述气体入口连接的气体输入导管；所述气体输入导管用于将待测气体导入所述传输光纤。[0007]利用传输通道和气体输入导管组件，从而实现光源和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，从而能够在保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。[0008]结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，气体输入导管组件，包括：[0009]第一阀门，设置在所述气体输入导管远离所述气体入口的一端；[0010]第一固定件，包覆所述传输光纤与所述气体输入导管的连接处。[0011]第一阀门用于打开或关断待检测气体，从而能够灵活控制所需要检测的待测气体，使红外气体传感器的灵活性更高；使用第一固定件把传输光纤和气体输入导管进行连接，从而能够实现在不需要对光纤进行移动，还能保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。且还能使传感器的响应时间变短。[0012]结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，还包括：[0013]气体输出导管组件，具有气体输出导管；其中，所述传输光纤在靠近所述光输出光纤的侧面开设有气体出口，所述气体输出导管与所述气体出口连接。
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CN 212207092 U[0014]
说 明 书
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结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，气体输出导管组件，包括：
[0015]第二阀门，设置在所述气体输出导管远离所述气体出口的一端；[0016]第二固定件，包覆所述传输光纤与所述气体输入出导管的连接处。[0017]以确保待测气体的纯度，以防止之前前次待测气体残留影响红外气体传感器的测量结果。并且通过气体输入导管组件和气体输出导管组件能够避免采用中红外光空间耦合方式而引起传感器结构庞大，或者通过在空芯光纤上飞秒激光打孔而带来的损耗。降低测量操作难度，同时确保红外气体传感器性能的稳定性。[0018]结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，传输光纤包括：[0019]气体输入光纤，开设有所述气体入口；其中，所述气体输入光纤的一端与所述光输入光纤连接，另一端与空芯光纤连接；
[0020]所述空芯光纤与所述光输出光纤连接。[0021]结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，传输光纤还包括：[0022]气体输出光纤，开设有所述气体出口；其中，所述气体输出光纤的一端所述空芯光纤连接，另一端与所述光输出光纤连接。[0023]结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，空芯光纤包括：[0024]纤芯和包层；其中，所述包层具有多个薄壁毛细管，所述薄壁毛细管轴向与所述纤芯的轴向平行。
[0025]通过气体输入光纤、气体输出光纤及空芯光纤，能够保证红外气体传感器的性能稳定，测量结果准确性高。利用空芯光纤2.具有大纤芯、低传输损耗、宽传输通带、高损伤阈值和高模式纯度等优点，能使装置体积更小、灵敏度更高、响应时间更短、测量准确性更高。[0026]根据第二方面，本实用新型实施例提供了一种红外气体传感器的检测系统，包括：第一方面中任一实施例方式中的红外气体传感器，光源，与所述红外气体传感器的光输入光纤连接；检测装置，与所述红外气体传感器的光输出光纤连接。[0027]结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，检测系统还包括：至少一个气体储存罐；
[0028]气体混合器，分别与所述至少一个气体储存罐连接；其中，所述气体混合器的输出端与所述气体输入导管连接。
[0029]通过光源和气体在空芯光纤进行吸收反应并输出到光谱检测设备上，从而提高测量其精度和红外气体传感器的可靠性。而使用空芯光纤作为反应气室，利用空芯光纤具有大纤芯、低传输损耗、宽传输通带、高损伤阈值和高模式纯度等优点，能使装置体积更小、灵敏度更高、响应时间更短、测量准确性更高。而使用气体传输装置对待测气体进行检测，以避免因空间耦合方式而引起传感器结构庞大，或者通过在空芯光纤上飞秒激光打孔而带来的损耗。简化操作难度，并使性能更加稳定。通过增加气体传输部分从而实现光源和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。
附图说明
[0030]通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
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CN 212207092 U[0031][0032][0033]
说 明 书
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图1是本实用新型实施例提供的一种红外气体传感器的结构图；图2是本实用新型实施例提供的空芯光纤结构示意图；图3是本实用新型实施例提供的光输入光纤、气体输入光纤和空芯光纤的连接示图4是本实用新型实施例提供的光输出光纤、气体输出光纤和空芯光纤的连接示
意图；
[0034]
意图；
图5是本实用新型实施例提供的气体输入光纤的结构示意图；
[0036]图6是本实用新型实施例提供的气体输出光纤的结构示意图；[0037]图7是本实用新型实施例提供的一种检测系统的结构图；
[0038]图8是本实用新型实施例提供的一种气体浓度检测方法的流程图；[0039]图9是本实用新型可选实施例提供的CO2比例在10％、20％、30％、40％时的吸收光谱强度示意图；
[0040]图10是本实用新型可选实施例提供的波长为4.23μm处CO2浓度与吸收光谱强度的线性关系示意图；[0041]附图标记
[0042]1-传输通道；11-光输入光纤；12-传输光纤；13-光输出光纤；121-气体输入光纤；122-空芯光纤；123-气体输出光纤；122a-薄壁毛细管；2-光源；3-检测装置；3-光束传输部分；4-气体传输部分；5-红外光源；6-光谱分析仪；7-气体储存罐；8-气体混合器；14-气体输入导管组件；141-气体输入导管；142-第一阀门；143-第一固定件；15-气体输出导管组件；151-第二阀门；152-气体输出导管；153-第二固定件；9-气体分子。具体实施方式
[0043]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0044]由于红外测量技术其检测精度高、能够适用多种环境、选择性好、可靠性强、使用周期久、防爆性好等诸多优良特性，在现有技术中被普遍采纳与研究。而红外气体传感器是一种基于不同气体分子的红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系，并鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。
[0045]由于红外光谱并不是由一条或几条谱线构成，而是呈现出带状，具有一定的波长范围。红外吸收光谱覆盖了从2μm～20μm的谱线范围，期间具有很多吸收峰位，并且每种气体都有各自特有的特征吸收峰位，各谱线的位置、强度分布与气体种类有关，不同的特征波长可以分辨出不同的气体，通过吸收强度的改变可以计算出特征气体的浓度大小。而多数双原子分子或者多原子分子在红外潜区都有特征吸收光谱。[0046]而本实用新型实施例提供了一种红外气体传感器，包括：[0047]如图1所示，传输通道1，具有顺次连接的光输入光纤11、传输光纤12、光输出光纤13；其中传输光纤12在靠近光输入光线11的侧面开设有气体入口，光输入光纤11与光源2连
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[0035]
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说 明 书
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接，光输出光纤13与检测装置3连接；[0048]其中，光输入光纤11和光输出光纤13所采用相同材料可以是氟化物；[0049]传输光纤12也可以是由氟化物制作的光纤，但是在传输光纤12上需要预留气体填充口便于待测气体填充与输送，通过把待测气体输送到空芯光纤内使空芯光纤内的光信号与待测气体进行吸收反应并送入到光谱检测设备上进行检测，通过检测光谱信息从而反应出气体浓度的占比大小，并为确定出气体浓度值提供参考依据。[0050]具体的，如图1-6所示，传输光纤12，包括：气体输入光纤121，开设有气体入口；其中，气体输入光纤121的一端与光输入光纤连接11，另一端与空芯光纤122连接；空芯光纤122与光输出光纤13连接。并且气体输出光纤123开设有气体出口；使气体输出光纤123的一端空芯光纤122连接，另一端与光输出光纤13连接。空芯光纤122，包括：纤芯和包层；其中，包层具有多个薄壁毛细管122a，薄壁毛细管122a轴向与纤芯的轴向平行。[0051]气体输入导管组件14，具有与气体入口连接的气体输入导管141；气体输入导管141用于将待测气体导入传输光纤12。[0052]具体的，气体输入导管组件14，包括：[0053]第一阀门142，设置在气体输入导管141远离气体入口的一端；[0054]第一固定件143，包覆传输光纤12与气体输入导管141的连接处。[0055]气体输出导管组件15，包括：[0056]第二阀门151，设置在气体输出导管152远离气体出口的一端；[0057]第二固定件153，包覆传输光纤12与气体输入出导管141的连接处。[0058]并且，气体输出导管组件15，具有气体输出导管152；其中，传输光纤12在靠近光输出光纤13的侧面开设有气体出口，气体输出导管152与气体出口连接。[0059]其中，第一阀门142和第二阀门151也可以是气动阀门也可以是电动阀门。而第一固定件143或第二固定件153可以是金属材料，也可以是具有一定承压能力，且能够保证气密性的材料制成的固定件/组件，固定件在制作时优选的应为一体成型，这样能够保证固定件具有良好的气密性从而防止在进行红外气体测量结果的准确性。固定件的可以是三通组件，用于连接传输光纤12与气体输入导管141，并把所接收到的光信号和填充气体传输到空芯光纤122中进行吸收反应。具体的通过固定件连接光纤和气体输入导管141可以是将光输入光纤11/输出光纤13均从固定件的2个通孔穿入，在气体输入光纤121或气体输出光纤123上开设开口，且在显微镜下将气体输入导管组件14和气体输出导管组件15的排气口与气体输入光纤121或气体输出光纤123上所开设的开口连接，并使用粘接剂进行连接，其中粘接剂可以是AB胶，也可以是具有粘接功能，且不影响光纤或导管性能的粘接剂。[0060]可选的，第二阀门151还能判断是否有气体溢出，例如：在第二阀门151的后端后面(出气口)接气管，再将气管另一端没入水中即可检测是否有气体溢出。通过设置第二阀门151，利用第二阀门151检测是否有气体溢出，还能够保证待测气体中不残留上次测试所残余的气体，从而保证测试结果的准确性。[0061]利用传输通道1和气体输入导管组件14，从而实现光源2和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，从而能够在保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。[0062]可选的实施例
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本实用新型实施例提供一种红外气体传感器，如图1-7所示，该传感器包括光束传
输部分3和气体传输部分4。光束传输部分3由红外光源5、光输入光纤11、气体输入光纤121、空芯光纤122、气体输出光纤123、光输出光纤13、光谱分析仪6组成，空芯光纤122为无节点空芯光纤，其光传输透射光谱范围为1.5μm～5μm。空芯光纤122两端分别与气体输入光纤121和气体输出光纤123连接。
[0064]气体输入光纤121的另一端与光输入光纤11连接，气体输出光纤123的另一端与光输出光纤13连接。光输入光纤11的另一端与红外光源5连接，光输出光纤13的另一端与光谱分析仪连接。气体传输部分4由第一阀门142、气体输入导管141、气体输入光纤121、第一固定件143、空芯光纤122、气体输出光纤123、气体输出导管152和第二阀门151组成，气体输入光纤121和气体输出光纤123分别与气体输入导管141和气体输出导管152通过固定件连接。固定件为金属件，其上端是内径为8mm的导管连接头，侧面有两个对称分布且直径为2.5mm的圆孔。且三个孔相互连通。装置长度为3cm。气体输入导管141和气体输出导管152的另一端分别接第一阀门142和第二阀门151。[0065]在本实施例中，所用空芯光纤122为无节点结构的空芯反谐振光纤，空芯光纤122的光谱范围覆盖0.6μm-5.0μm。大多数双原子分子和多原子气体分子9(如CO、CO2、SO2、CF4)有红外吸收光谱。气体分子9从气体输入光纤121输入、气体输出光纤123输出，在空芯光纤122内与可调谐中红外光源5发出的特定波长的输入光发生吸收作用产生含有特征吸收谱线的输出光，特征吸收谱线反映了气体分子9吸收相关信息，还可以作为气体分子9检测定性与定量分析的依据实现气体种类鉴别和气体浓度测量。[0066]通过将空芯光纤122、气体输入光纤121、气体输出光纤123和光输入光纤11、光输出光纤13应用到红外气体传感器中，基于光谱吸收原理实现具有精度高、体积小、灵敏度高、损耗低特点的红外气体传感器。[0067]其中，光输入光纤11、光输出光纤13可以是氟化物光纤；气体输入光纤121、气体输出光纤123可以是C型光纤，其中C型光纤是通过对传统的单模光纤进行改装，在单模光纤的表面开设一个去缺口，其缺口可以直通入光纤内部，或取一段单模光纤，并把部分单模光纤的导光管进行部分切割，切割后的形状如图5或6所示，并通过使用该光纤将光信号和气体分子进行传输。固定件可以是导管-C型光纤连接装置，为了保证光纤的气密性以及光纤连接的准确性，使用导管-C型光纤连接装置，其装置可以是一种3通组件，其3个通孔分别与光源2，待测气体以及光谱分析仪6连接，光信号和待测气体可以在连接装置相遇，并通过空芯光纤进行吸收反应，在送给光谱分析仪进行分析，其光纤连接装置如图1或7所示。[0068]可选的实施例
[0069]一种红外气体传感器的制作方法，如图1-6所示，包括以下步骤：[0070]步骤一：截取1m长的空芯光纤121，将空芯光纤121两端、气体输入光纤121和气体输出光纤123的一端均用切割刀切平，将切平后的空芯光纤121两端分别与切平后的气体输入光纤121和气体输出光纤123的一端用熔接机熔接。在距离熔接点2mm处，用切割刀将气体输入光纤121和气体输出光纤123进行切割，在空芯光纤121两端分别留下2mm长的气体输入光纤121和气体输出光纤123段，然后将气体输入光纤121和气体输出光纤123的另一端分别与光输入光纤11和光输出光纤13的一端熔接。[0071]步骤二：将光输入光纤11和光输出光纤13均从两个导管-C型光纤连接装置侧面两
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孔穿入，在显微镜下将气体输入光纤121和气体输出光纤123的缺口对准连接装置上端的导管连接头，再将光纤线段与连接装置的缝隙处点上高强度的AB胶，然后将两个连接装置上端的导管连接头与气体输入导管141和气体输出导管152连接。气体输入导管141和气体输出导管152的另一端分别接第一阀门142和第二阀门151。光输入光纤11和光输出光纤13的另一端分别与中红外光源5和光谱分析仪6连接。[0072]本实施具有以下优点：[0073]1.以氟化物光纤、C型光纤、空芯光纤122的连接线段作为光束传输路径，利用中红外光波段对气体进行检测，具有测量精度更高、可靠性更强。[0074]2.通过以空芯光纤122作为气室，反谐振空芯光纤具有大纤芯、低传输损耗、宽传输通带、高损伤阈值和高模式纯度等优点，能使装置体积更小、灵敏度更高、响应时间更短、测量准确性更高。
[0075]3.通过以C型光纤的缺口作为进气和出气口实现全光纤化中红外气体传感器，避免采用中红外光空间耦合方式而引起传感器结构庞大，或者通过在空芯光纤122上飞秒激光打孔而带来的损耗。本实用新型操作难度更低，性能更加稳定。
[0076]本实用新型实施例提供了一种红外气体传感器的检测系统，包括：红外气体传感器，光源2，与红外气体传感器的光输入光纤11连接；检测装置，与红外气体传感器的光输出光纤13连接。具体的，检测系统中至少有一个气体储存罐7；和气体混合器8，其中气体混合器8分别与至少一个气体储存罐7连接；其中，气体混合器8的输出端与气体输入导管141连接。
[0077]光源2可以是中红外光；检测装置可以是光谱分析仪6；气体储存罐可以是常压储气罐。气体混合器可以按预设比例配置的气体混合泵。
[0078]通过光源2和气体在空芯光纤122进行吸收反应并输出到光谱检测设备上，从而提高测量精度和红外气体传感器的可靠性。而使用空芯光纤122作为反应气室，利用空芯光纤122具有大纤芯、低传输损耗、宽传输通带、高损伤阈值和高模式纯度等优点，能使装置体积更小、灵敏度更高、响应时间更短、测量准确性更高。而使用气体传输部分4对待测气体进行检测，以避免因空间耦合方式而引起传感器结构庞大，或者通过在空芯光纤上飞秒激光打孔而带来的损耗。简化操作难度，并使性能更加稳定。并且通过增加气体传输部分4从而实现光源和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证红外气体检测的检测结果的准确性。
[0079]本实用新型实施例提供了一种气体浓度的检测方法，如图1-8所示，包括：[0080]S1，通过气体输入导管组件14中的气体输入导管141向传输通道1中的传输光纤12导入待测气体；其中，传输通道1具有顺次连接的光输入光纤11、传输光纤12、光输出光纤13；其中传输光纤12在靠近光输入光线的侧面开设有气体入口，光输出光纤13与检测装置连接；
[0081]S2，通过与光输入光纤11连接的光源2向传输通道1中导入光信号；[0082]可以是中红外光通过光输入光纤11进行导入，其导入的中红外光进入空芯光纤122与待测气体进行吸收反应。[0083]S3，通过检测装置检测从光输出光纤13输出的待测光信号；将完成吸收反应的光信号通过光输出光纤13进行输出。
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说 明 书
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S4,对待测光信号进行分析以得到待测气体的气体浓度。
[0085]可以是进行多次测量相同的待测气体，但需要变更每次测量的气体浓度数据，并对每次所测量的数据结果进行记录排列，从而能够直观体现出相同气体下，不同气体浓度变化与其光谱的光强的相关性，以此能够为测定气体浓度提供参考依据，并且还能通过实际测量保证红外气体检测的检测结果的准确性。[0086]可选的，在通过与光输入光纤11连接的光源2向传输通道1中导入光信号的步骤之前，参照如图1所示，还包括：
[0087]检测气体输出导管组件15中的气体输出导管152是否有气体输出；其中，传输光纤12在靠近光输出光纤13的侧面开设有气体出口，气体输出导管152与气体出口连接；[0088]当检测到气体输出导管152有气体输出时，关闭气体输出组件15上的第二阀门151以及气体输入组件14上的第一阀门142；其中，第一阀门151设置在气体输入导管141远离气体入口的一端，第二阀门151设置在气体输出导管152远离气体出口的一端。[0089]利用传输通道1和气体输入导管组件14，从而实现光源2和气体的传输，并且不需要对光纤进行移动，从而能够在保证在提高红外气体传感器的综合性能的同时还能保证气体浓度检测结果的准确性。[0090]可选的实施例
[0091]一种红外气体传感器，如图7所示，该传感器包括光束传输部分3和气体传输部分4，光束传输部分3由中红外光源5、光输入光纤11、输入C型光纤、空芯光纤122、输出C型光纤、光输出光纤13、光谱分析仪组成。其中输入C型光纤和输出C型光纤，相当于气体输入光纤121和气体输出光纤123。1m长的空芯光纤122两端切平后分别与端面切平后的气体输入光纤121和气体输出光纤123熔接。在距离熔接点2mm处，用切割刀将气体输入光纤121和气体输出光纤123进行切割，在空芯光纤两端分别留下2mm长的气体输入光纤121和气体输出光纤123，气体输入光纤121和气体输出光纤123的另一端分别与光输入光纤11和光输出光纤13的一端熔接。
[0092]气体传输部分4由前端阀门、输入导管、气体输入光纤121、导管-C型光纤连接装置、空芯光纤122、气体输出光纤123、输出导管和尾端阀门组成。其中，前端阀门和尾端阀门相当于第一阀门142和第二阀门151；输入导管和输出导管相当于气体输入导管141和气体输出导管152；导管-C型光纤连接装置相当于第一固定件143或第二固定件153。
[0093]气体输入光纤121和气体输出光纤123分别与输入导管和输出导管通过连接装置连接。如图7所示，导管-C型光纤连接装置为金属件，其上端是内径为8mm的导管连接头，侧面有两个对称分布且直径为2.5mm的圆孔。且三个孔相互连通。装置长度为3cm。输入导管和输出导管的另一端分别接前端阀门和尾端阀门。光输入光纤11和光输出光纤13均从两个导管-C型光纤连接装置侧面两孔穿入，C型光纤和气体输出光纤123的缺口对准连接装置上端的导管连接头，光纤线段与连接装置的缝隙处点上高强度的AB胶，两个连接装置上端的导管连接头与输入导管和输出导管连接。输入导管和输出导管的另一端分别接前端阀门和尾端阀门。光输入光纤11和光输出光纤13的另一端分别与中红外光源5和光谱分析仪6连接。[0094]其中，在本可选实施例中，如图2所示，所用空芯光纤122为单圈无节点结构，光纤包层采用了一层8个薄壁毛细管122a，通过纤芯周围石英薄层的反谐振以及包层结构和纤芯之间的抑制耦合来实现低损耗宽通带传输。空芯光纤122的光传输透射光谱范围为1.5μm
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～5μm。如图5-6所示，C型光纤端面是侧边带有缺口的光纤。如图7所示，氟化物光纤、C型光纤、空芯光纤122熔接而成的光纤中的C型光纤处有个小缺口，该缺口与空芯光纤内部连通。大多数双原子分子和多原子气体分子9(如CO、CO2、SO2、CF4)有红外吸收光谱。气体分子9从气体输入光纤121输入、气体输出光纤123输出，在空芯光纤122内与可调谐中红外光源5发出的特定波长的输入光发生吸收作用产生含有特征吸收谱线的输出光，特征吸收谱线反映了气体分子9吸收相关信息，其作为气体分子9检测定性与定量分析的依据实现气体种类鉴别和气体浓度测量。
[0095]可选实施例的优点在于：基于光谱吸收原理实现的具有精度高、体积小、灵敏度高、损耗低特点的全光纤红外气体传感器。[0096]可选实施例
[0097]一种气体浓度检测方法，用于对气体浓度进行检测，如图7，图9-10所示，通过中红外气体传感器装置中的前端阀门与气体混合器8连接，气体混合器8与氮气罐和CO2气罐连接。CO2浓度检测方法如下：
[0098]首先设置好气体混配器的参数，将前端阀门和尾端阀门打开，再将氮气罐阀门和CO2气罐阀门打开，待尾端阀门处有气体排出时关闭尾端阀门，气体混配器会混合配比出含有5％比例的CO2混合气体，当氮气罐稳压阀和CO2气罐稳压阀上的示数在规定值时关闭氮气罐阀门和CO2气罐阀门。再打开中红外光源5，光束在空芯光纤122内与CO2气体分子9发生光谱吸收反应，吸收光谱被光谱分析仪6测得。得到一个CO2比例为10％时的吸收光谱图，如图6所示。通过在气体混配器上设置不同的参数，可以得到CO2比例为20％、30％、40％时的吸收光谱图，如图9所示。通对比可知气体浓度越高，吸收光谱强度越大。[0099]按照上述方法可以得到在波长为4.23μm处CO2浓度与吸收光谱强度的线性关系图，如图9-10所示。在对待测CO2气体浓度进行测量时，利用本实用新型的基于反谐振空芯光纤的中红外气体传感器装置得到待测CO2气体的吸收光谱图，从而得到待测CO2气体在波长为4.23μm处的吸收光谱强度，通过该吸收光谱强度可以在如图9-10所示线性关系图中得到对应CO2气体浓度，实现对待测CO2气体浓度的检测。[0100]虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
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图3
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