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摘要:基于直角棱镜构成的吸收池用于大气监测光纤气体传感器中,探测光束在吸收池内往返的2 [* z. J; z, b7 u/ u
次数N与过两个直角棱镜各自直角棱的对称面的间距d有关，通过调节间距d实现测量灵敏度的
! f' c4 @3 y' j, v( M; f5 r3 u8 F调节。以吸光度差作为输出量,根据其值的不同，选择不同的间距d。在单片机系统控制下,由步进电% u2 ^. V, B$ |; j7 L7 Q
机实现间距d的自动给定，同时将输出探测光束接收器送到指定位置。采用消色差透镜作为输出光
$ d$ Q- v9 Y+ F- r& A3 [* Q7 I! N8 C5 U束的接收透镜,则间距d的调节精度对传感器灵敏度设定的影响可不考虑。* o; t. G. E: Z* X* @9 \3 }) }
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关键词:光纤气体传感器;灵敏度调节; 单片 机控制技术* x/ i( e6 `& o
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0引言
b( x( f) a0 S3 B5 _& Y) t* [4 K2 [用于大气实时监测中的光纤光谱吸收式气体传
d. Q+ p0 W5 }* i
2 o; K' g" K+ F" \3 f/ j5 e感器的检测灵敏度除了与光电器件的灵敏度和后续
; m" _, Y0 ~$ g6 U电子线路的性能参数有关外,主要决定于监测区域探5 K7 S& J/ }8 H: T
测光束与待测气体的相互作用长度。在大气监测系统
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4 a2 }7 D5 u9 z. n' M中,对于清洁大气,探测光束经过被测区域后,光强度
% x4 E$ r! q1 S( h; P; u的改变十分微弱,此时进入光电探测器的光强虽然很
% I! U. p# H0 n; M: C$ }0 p) a大,但光强的改变量却难于检测。为提高检测灵敏度,! B: e4 j4 ? W; D" H- ^! \: G
常采用折返式吸收池来增加光在吸收池内的有效程) y9 c ^* {& } T* D
长。而在浓雾天气,雾粒子的散射作用使得探测光强.
' w$ x. j7 H/ L" ?迅速减弱,光强的变化很大,光电探测器接收到的光.* s, G' {" ]2 l9 j& E. t
强处于弱信号状态。虽然通过提高监测系统测量放大' o: ~8 h" v8 L% h {
电路的放大系数可以改善灵敏度,但这需要性能优越
1 n" r$ S6 ~/ g2 f1 H: r6 Y. Z1 y的低噪声放大器。在户外,温度变化频繁且幅度较大,% z! d* Y. N' x* T
低噪声电子线路受温度影响较大。被测量的检测是通
0 C- X' i7 l% I4 M# i8 q过测量光强的变化量实现的。检测过程中,希望有明
* g) |7 v0 w A4 v. v9 y显的光强变化而不希望光强成为微弱信号,而通过缩
% D! s) o" ~+ T" ?' o+ j短光与待测气体的作用距离，即可提高进入探测器的! `6 Q- t) e( {. o7 D5 m
入射光,从而提高测量系统的信噪比,降低对电子线( W: Y: o5 V2 `5 A6 m2 i' ~8 S) W
路的性能要求。为适合实时测量,需要通过调节光与
$ @, t1 z0 i3 Y" J g8 B. J5 P被测气体的相互作用距离实现灵敏度的自动调节。
- W% O# h: p" r8 }4 I1 A典型的光学吸收池结构有Whitel"型Herrit'21型
+ m( k1 ^/ [1 p及各种改进型。一旦确定了吸收池结构参数,探测光
! ?0 K% Z" ~* T- W! [. [( s束在吸收池内的有效光程亦被确定,很难调节。采用
+ e) h' k0 p% g8 e1 O一种基于直角棱镜构成的吸收池吧,可以很方便地调+ \$ C) n, N5 M
节其内探测光光程,本文介绍了一种适合此吸收池的
+ `8 n! [- i, C! F" G3 d; f自动调节探测光光程的方法。
( t# K0 \! i1 V. U. D) p1大气监测气体传感器结构和工作原理7 e) Q7 _# _ q; t# \: o8 W
1.1传感器吸收池结构7 X( P- G0 m% o) h
图1是基于DI-180°直角棱镜的气体吸收池的: A/ [$ w/ w' z3 |8 Q8 n! J& B
结构原理图，两个相同直角棱镜D1.D2的两个底面
+ _( _+ A l4 F! f0 EF、F平行放置，构成吸收池。探测光束经输入光纤
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附件下载：" C7 Q) @1 Q9 }9 Q- P% ?2 s
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发表于 2020-3-19 09:23
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