腔增强原理光学检测技术

腔加强原理的光学检测技术

煤矿示踪气体光学检测仪器整体方案图如图1，光源产生的红外光束经光调制器后变为脉冲式光束，脉冲光束穿过充满待测气体的光加强腔，光声检测器用于丈量光学腔内光脉冲强度，反应环节用于放大调整光

源。由于加强腔镜的距离与光波长产生共振，惹起光加强腔内压力变化，产生声学驻波，信号办理环节拾取声学驻波强度，将声波变换为电信号，其信号强度与待测六氟化硫气体浓度存有近似于指数的对应关系，经过单片机运算即可确立六氟化硫气体浓度。

光源。依据红外段六氟化硫气体的汲取特征和高精度迁徙分子汲取数据库，六氟化硫在500～1600cm－1段都有较显然的汲取谱线图，中红外可调谐激光光源在性能上比较理想，但价钱昂贵，难以推行应用，综合考虑煤矿井下扰乱气体种类、成本和发光效率等要素，采纳的是

中心波长为1000cm－1的碳化硅黑体光源，联合中心波长为1000cm－1，狭缝宽度为±200cm－1的滤光片，配合红外有关气体滤波室，即可以

获得纯净、稳固合用、成本适中的红外光源［4］。2)光调制器。检测速度是仪器效能评估的重点指标之一，惯例光学检测仪器的光调制器经过周期性的堵塞连续光产生脉冲光，在2个脉冲之间，调制光的光

强度是0，反应信号中止致使腔锁定慢，仪器检测速度很低，难以知足煤矿用户实质需求，因此截断器怎样有效的中断地开启反应信号

是提高仪器检测速度的重点［5］。为此，采纳使光强度不降到0的方案，使调制光的强度在较高与较低之间推行切换，在光强度较低时间

段，光强度略大于0，保证反应信号不中止，进而缩短反应回路的响应时间。

釷鹧綜囵窥銪靓缢皚荊镍赇锇頂阀。 截断器构造图如图 2，截断器用于将连续光束调制为非零脉冲光束， 其主体构造设计为旋转圆盘，由透射系数略高于 0的低透射部分和透 射系数大概等于 l的高透射部分构成［6］。截断器以恒定角速度旋转，

在低透射部分上时，堵塞了光的绝大部分，经过截断器后的光强度较低，只会激发气体中的很少部分气体分子，但为检测器反应信号已经充分了，在高透射部分上时，经过截断器以后的光强度较高，会激发边訛锥愠無償饃懼逻駕漬箫傖獷鏞。1

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了气体中的好多分子，致使热能增添，惹起气体室中压力局部上涨，为光声检测器供给检测信号。3)光声检测器。红外光检测器设计受成本、尺寸、封装形式等要素，以MEMS技术为基础的红外线检测技术经过芯片级的封装工艺，实现了器件的高精度、低成本和小型化，为论述的技术供给了器件支撑，经过优化加强腔数学分析模型，获得

光声信号与气体浓度、温度和腔构造参数的关系［7］，联合MEMS技术，研制了光声鉴于光声检测原理的配套检测器。4)反应环节。反应环节由分光器、偏振检测器和反应回路等构成，用于丈量输出镜输出 的光强度，经过反应回路修正光频次，使光波长与加强腔的谐振频次基本一致，难点在光检测器顶用于轻办理的锁相放大器设计，锁相放大器利用待测信号和参照信号的互有关检测原理实现信号办理，可以在较强的噪声中提取有效信号，在轻检测方面优势显然。设计的锁相放大器的基本构造包含信号通道、参照通道、相敏检测器

和低通滤波器等，锁相放大器的基本构造图如图3，信号通道对换制正弦信号输入推行放大，将轻放大到足以推进相敏检测器工作，

并滤除部分扰乱;参照通道对参照输入信号推行调整，以合适相敏检测器对信号幅度的要求，并对参照输入信号推行移相办理，以使检测结果达到最正确［8］。

塵馴簀倾爷颼这笋龌栈饅们丟勛攖。 整机集成

煤矿示踪气体光学检测仪器整机构造表示图如图4，仪器信号采样及控制单元主体构造原理图如图5，仪器电源原理图如图6。光源用于产生中心波长为1000cm－1左右的可调制红外光;光调制器用于周期性地中止光源发出的光束，将连续的红外光调制在特定“截断”频次上的

一系列脉冲光;在包含半透明镜的光学腔内，气体室同意气体经过气体进口随和体出口流动穿过，并在输入镜以前设置光隔绝器，以减小从光源到腔镜反射，脉冲光经过输入镜，进入到光学腔，在腔镜间穿过待测气体多次反射，六氟化硫气体分子周期性汲取红外光汲取红外光能量，将气体分子激发到更高能级，致使气体分子热能增添，气体室

内压力上涨，后来在下一个脉冲抵达前减小压力;反应回路经过偏振检测器丈量光学腔中光强度，经过锁相放大器放大、调整和拾取有效测埘损龜妫軋孪娛簖铡摶觸沖渐劊銨。2

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量信号，并回馈给光源，光源依据反应信息将光波长调谐到与 2个腔

镜之间的距离产生共振;光声检测器安装在气体室中心处，拾取由汲取光在气体中产生的声波，将声波变换为电信号，依据信号强度，调制光调制器的旋转速度，领共振频次与脉冲光截断频次相般配，使压力变化产生截断频次上的声学驻波，其信号强度与待测六氟化硫气体浓度存有近似于指数的对应关系，经过单片机运算即可确立六氟化硫气体浓度。

載讶閏黿廟轫鳇耬杩廪欖喷罚绯淵。 结语

腔加强汲取光谱检测技术是一种新式的汲取光谱技术，设计的丈量系统，丈量了六氟化硫的汲取光谱，结果表示，鉴于腔加强原理开发的光谱检测仪器对比与鉴于直接汲取光谱原理的检测仪器，机械构造相同简单，而在检出限和敏捷度这2个重点技术指标上，前者分别到了后者没法比较达的6×10－9和敏捷度1×10－9，靠近了傅里叶光谱剖析仪等大型复杂光谱设施的水平，可以用于六氟化硫等微量气体汲取 光谱方面的丈量。

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