利用痕量水气检测装置的标定系统对器件内部水进行标定的方法

摘要

以光纤气体传感器器件内部水为参考的痕量水气检测装置，属光纤检测技术领域。装置包括标定系统、DFB激光器、气室、PIN光电探测器及单片机等。标定系统用于对器件内部的水含量进行标定；DFB激光器位于气室前，光纤准直器位于气室内，PIN光电探测器位于光纤准直器之后，PIN光电探测器输出端连接差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接，单片机和DFB激光器相连接为其提供驱动电流，单片机连接到差分放大电路的一个输入端为差分放大电路输入端提供输入信号。本发明具有抗电磁辐射、抗腐蚀、技术简单的优点，在使用中携带方便、性能稳定，且造价低廉。

主权项

一种利用痕量水气检测装置的标定系统对器件内部水进行标定的方法，痕量水气检测装置包括标定系统、DFB激光器、气室、光纤准直器、第二PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机；标定系统包括光纤耦合器、第一PIN光电探测器连同上述的DFB激光器、气室、光纤准直器、第二PIN光电探测器、差分放大电路、滤波电路及单片机，其中DFB激光器位于光纤耦合器前，光纤耦合器输出端分作两路，一路经光纤连接到光纤准直器，光纤准直器位于气室内，光纤准直器的另一端经光纤连接耦合到第一PIN光电探测器上；光纤耦合器另一输出端经光纤连接直接耦合到第二PIN光电探测器上；第二PIN光电探测器的输出端连接到差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的另一个输入端同第一PIN光电探测器的输出端或者单片机相连接为其提供梯形波输入信号；差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作的驱动电流；需要标定的对应器件为光纤准直器、DFB 激光器和第二PIN 光电探测器，其特征在于标定方法步骤如下：连接好标定系统：DFB激光器位于光纤耦合器前，光纤耦合器输出端分作两路，一路经光纤连接到光纤准直器，光纤准直器位于气室内，光纤准直器的另一端经光纤连接耦合到第一PIN光电探测器上；光纤耦合器另一输出端经光纤连接直接耦合到第二PIN光电探测器上；第二PIN光电探测器的输出端连接到差分放大电路的一个输入端，差分放大电路的另一个输入端同第一PIN光电探测器的输出端或者单片机相连接为其提供梯形波输入信号；差分放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端和单片机的A/D采集端相连接；单片机和DFB激光器相连接为其提供梯形波信号电流作为DFB激光器工作的驱动电流；打开示波器电源，打开标定系统的电源；调试光路及电路使其正常工作；将第二PIN光电探测器的光电转换信号和单片机产生的梯形波信号接入差分放大电路的两个输入端；调节第二PIN光电探测器的光电转换信号的放大倍数，用示波器观察其波形，直到第二PIN光电探测器的光电转换信号的幅度及曲线的斜率与单片机产生的梯形波信号达到一致；通过单片机输出得到电压值V₁，此电压值为吸收峰峰值与梯形波底部之间的电压差值；V₁对应DFB激光器和第二PIN光电探测器中的水气；保持第二PIN光电转换信号的电路参数不变；将第二PIN光电探测器的光电转换信号和第一PIN光电探测器的光电转换信号接入差分放大电路的两个输入端；调节第一PIN光电探测器的光电转换信号的放大倍数，用示波器观察其波形，直到第一PIN光电探测器的光电转换信号的幅度及曲线的斜率与第二PIN光电探测器的光电转换信号达到一致；通过单片机输出得到电压值V₂，此电压值为吸收峰峰值与梯形信号底部对应的值的电压差值，V₂对应光纤准直器中的水气和气室内的水；准备十组已知水气浓度的样本气体，分别按照一个相同的流量通入到气室，通过单片机的输出得到相对应的不同的V₂值，利用已知的水气浓度通过公式η=1‑exp[‑α(λ)CL)]计算得出吸收率η，其中：α(λ)为对应波长λ下的吸收系数，C为气室内的水气浓度，L为光在气室内的传输距离，描绘出“V₂‑气体吸收率曲线图”，V₂轴上的截距为电压值V₀ ，V₀对应光纤准直器器件内部中的水；利用“V₂‑气体吸收率曲线图”可以分别推算出光纤准直器、DFB激光器和第二PIN光电探测器对激光光强造成的影响；在“V₂‑气体吸收率曲线图”上V₀+V₁对应处的气体吸收率对应光纤准直器、DFB激光器和第二PIN光电探测器三个器件内部的水气。