光纤气体传感器及其组网技术综述

光纤气体传感器概述作者：聂平来源：《管理观察》2009年第11期光纤通信在现代信息科学技术中是十分重要的，它的出现与迅速发展大大地改观了信息技术的面貌。

从光信息传输看，几十年中得到比较充分发展的光纤是用石英制作的各类石英光纤。

高纯石英的本征吸收损耗很低，从1966年高锟博士提出可以采用石英光纤作为光通信的[1]传输介质以后，经十年左右的努力，石英光纤损耗已经达到0.2dB/km，接近其理论极限。

在光纤损耗不断降低的同时，光源研究的进展亦十分迅速。

1962年，GaAs半导体激光二极管（LD）问世，意味着现代光通信有了小体积的高速光源。

后来，GaAsAl-LD又实现了室温长时间工作。

利用四元系合金InGaAsP制造出了1300nm及1550nm的LD光源。

由于LD昂贵，适合光纤通信的高亮度LED也研制了出来。

这样，随着符合光纤传输要求，各种波长、高效率、长寿命、高速率半导体光源的研制成功，光纤通信的实用化及大发展已是水到渠成。

在低损耗光纤问世不久的70年代中期，就出现了光纤传感器[2,3]。

之后光纤传感器获得了迅速的发展，在军事、科研、工业、商业、医学等领域都有广泛的应用。

特别是进入信息时代以来，传感器作为获取信息的基础和支柱，也进入迅速发展的新阶段。

进入信息时代以来，光纤传感器获得了迅速的发展 [4-14]。

在各个领域中，特别是现代高新工程技术中，需要获取的信息量（物理量、化学量、生物量等）越来越多，对信息测量准确度的要求越来越高，测量的难度越来越大，从而对传感技术提出了更高更新的要求。

各种新型的气体传感器必须对气体进行实时监测，及时掌握事故及污染发生和发展实况，并进行有效控制，这对工业矿业安全生产以及环境保护都具有特别重要的意义。

光纤传感器之所以引起广泛的关注，是由于它具备其它传感器无法比拟的优点：1、光纤中光与气体作用距离长，探测灵敏度高；2、光纤传输损耗小，因此不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置，可以与光纤遥测技术相配合实现远距离测量与控制；3、光纤体积小、重量轻、易弯曲，可制成尺寸小、外形各异的传感探头，应用于狭小和特殊的场合；4、光纤化学性质稳定，且有很好的电绝缘性，可在恶劣或危险的特殊环境下可靠工作；5、光纤传感器易于组成光纤传感网络，可实现多功能、智能化的要求，采用多路复用技术，可降低系统成本。

一种光纤气体传感器气室制造技术摘要：一、光纤气体传感器的简介二、光纤气体传感器气室的制造技术1.气室的结构设计2.制造材料的选择3.制造工艺流程三、光纤气体传感器气室制造技术的优势四、应用领域及前景正文：光纤气体传感器是一种利用光纤的特性，通过检测气体与光纤的相互作用，从而实现对气体的检测和测量的传感器。

近年来，随着光纤通信技术的不断发展，光纤气体传感器在我国得到了广泛的关注和应用。

其中，光纤气体传感器气室的制造技术是关键环节之一。

一、光纤气体传感器的简介光纤气体传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、响应速度快、测量范围广等优点，可广泛应用于石油、化工、环保、燃气、冶金等领域。

二、光纤气体传感器气室的制造技术1.气室的结构设计光纤气体传感器气室是光纤气体传感器的重要组成部分，其结构设计需满足对气体的高效吸附和良好的透气性。

此外，还需考虑气室与光纤的连接方式，以及气室与外部电路的连接方式。

2.制造材料的选择气室的制造材料需具有优良的力学性能、化学稳定性和热稳定性。

目前常用的材料有硅胶、聚氨酯、聚乙烯等。

3.制造工艺流程光纤气体传感器气室的制造工艺主要包括：材料准备、气室成型、气室处理、光纤连接等步骤。

其中，气室成型是关键工艺，主要包括热压成型、注塑成型、硅胶固化等方法。

三、光纤气体传感器气室制造技术的优势1.具有良好的透气性、吸附性和稳定性；2.制造过程简单、成本低；3.具有良好的抗电磁干扰性能；4.与光纤连接方便，易于实现传感器的小型化。

四、应用领域及前景光纤气体传感器气室制造技术广泛应用于石油、化工、环保、燃气、冶金等领域，对提高我国相关产业的自动化水平具有重要意义。

基于光纤传感器的气体检测技术研究近年来，气体检测技术在工业生产、环境保护和安全防护等领域发挥着重要作用。

随着光纤传感器技术的不断发展，基于光纤传感器的气体检测技术逐渐崭露头角。

本文将就基于光纤传感器的气体检测技术的原理、应用和发展趋势进行详细探讨。

一、基于光纤传感器的气体检测技术原理基于光纤传感器的气体检测技术是利用光纤作为传感器的感知元件，通过测量光的传输特性来检测气体浓度的一种技术。

其中，最常用且最简单的是基于吸附效应的光纤传感器。

这种传感器通过在光纤表面吸附目标气体，改变光纤的传输特性，从而实现对气体浓度的检测。

二、基于光纤传感器的气体检测技术应用1. 工业生产领域基于光纤传感器的气体检测技术在工业生产领域广泛应用，如化学工业、石油化工、电力等行业。

这种技术可以实时监测和控制空气中有害气体的浓度，提前发现潜在的危险，确保生产环境的安全。

2. 环境保护领域光纤传感器的气体检测技术也在环境保护领域起到重要作用。

例如，对于大气中的空气污染物，可以使用光纤传感器检测其浓度变化，实时监测环境质量，为环境治理和改善提供科学依据。

3. 安全防护领域基于光纤传感器的气体检测技术在安全防护领域应用广泛。

例如，在煤矿等有爆炸危险的地方，可以利用光纤传感器实时监测瓦斯等有害气体的浓度，及时预警并采取措施保障矿工的生命安全。

三、基于光纤传感器的气体检测技术的发展趋势1. 多元化检测未来，基于光纤传感器的气体检测技术将朝着多元化方向发展。

不仅可以检测单一气体的浓度，还可以同时检测多种气体的浓度，并实现对气体组分的精确分析。

2. 远程监测随着通信技术的进步，基于光纤传感器的气体检测技术将不再局限于局域网内的监测，而是可以实现远程监测。

通过互联网技术，可以远程接入光纤传感器，实时监测目标气体浓度，提高监测的灵活性和实用性。

3. 快速响应基于光纤传感器的气体检测技术在实时性上仍有提升空间。

未来，随着传感器技术的进步，传感器将变得更加灵敏，能够更快速地响应气体浓度的变化，提高检测的准确性和可靠性。

光纤气体传感器专利技术综述摘要：本文立足于专利文献，对光纤气体传感器的专利申请进行了梳理，分析了光纤气体传感器专利技术的申请趋势和关键技术的发展历程，有助于技术人员了解技术的发展脉络及相关技术的分布。

关键词：光纤，气体，传感器，专利分析Summary of Patent Technology for Fiber Gas SensorLi Weiwei Wu Shanshan1 Li Zhan Yuan Li(Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office, CNIPA, Zhengzhou Henan 450018)Abstracts: From the perspective of the patent, this paper combs the patent applications of optical fiber gas sensor, and analyses the application trends and development history of key technologies of fiber gas sensing patent technology. It helps technicians to learn the development of the technology and the relevant technical distribution in the field.Key words: fiber; gas; sensor； patent analysis一、引言随着工业发展、人口增加、森林砍伐等原因，空气中有毒有害气体的含量不断上升，而人们对生态环境的变化越来越关注，因此对各种污染气体进行实时监测具有重要的现实意义。

光纤气体传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转换成电信号的器件，从很早就进入人们的视线，将其用来对有毒、有害气体的探测，可安全地用于易燃易爆或其他恶劣环境的气体检测。

光纤气体传感器原理
光纤气体传感器是一种基于光学原理进行气体测量的传感器。

其原理是利用气体对光的吸收特性来测量目标气体的浓度。

光纤气体传感器的传感元件一般由光源、光纤、气体传感层和光学探测器组成。

光源发出的光经导光纤传输到气体传感层，在该层中，目标气体会吸收或散射一部分光，被吸收或散射的光经光纤传回光学探测器进行检测。

气体传感层通常包括感光材料和滤波层。

感光材料可以是具有吸收特性的气敏材料或光学薄膜，其对目标气体有选择性的吸收。

滤波层用于选择光源发出的特定波长的光进入感光材料，以增强传感器的测量灵敏度和选择性。

光学探测器一般是光电二极管或光电倍增管。

当被吸收或散射的光进入光学探测器后，其会产生与光强相关的电信号。

通过测量这些电信号的强度，可以推导出目标气体的浓度。

为了提高测量的准确性和稳定性，光纤气体传感器还会配备相应的电路和信号处理系统。

这些系统能够校正光源和光学探测器的非线性特性和温度漂移，并通过算法对原始数据进行处理，得到可靠的气体浓度结果。

光纤气体传感器具有结构简单、响应速度快、抗干扰能力强等优点，适用于各种气体浓度的测量。

在环境监测、工业生产和安全检测等领域有着重要的应用价值。

常用气体检测技术比较气体检测仪从检测机理上可分为热催化、光干涉、气敏半导体、电化学、红外吸收等几大类，其中市场以热催化组件为主导。

主要气体检测技术性能比较Beer -Lambert 定律Beer -Lambert 定律描述，电磁辐射与原子和分子间的相互作用是光谱遥感探测污染物成分以及特性的基础，根据环境中痕量气体成分在紫外、可见和红外光谱的特征吸收性质来反演其浓度。

可调谐二极管激光光谱吸收技术作为光学遥感方法的一种，是用几百米到几公里，甚至更长的光程代替了传统试验室中的取样池，采用检测激光光束的透射谱，即使光束从待测气体的一侧入射通过污染气体，在另一端出射用探测器接收的方法。

发射器与接收器间的距离确定了光程(大气的折射率近似为1.0)，测量原理基于Beer -Lambert 定律。

在Beer -Lambert 定律中，一些基本概念如下：透射率（纵坐标--透射光谱）：0()()100%()I T I γγγ=⨯吸光度（纵坐标--吸光光谱）：1()()lg I A γγ=波长和波数的关系：波长（um ）⨯波数（1cm -）=100000()()exp(())I I C L λλσλ=-⋅⋅其中，()I λ为为透射光谱强度;0()I λ为激光的初始强度;()σλ则表示在波长入处的分子吸收系数，C 即为吸收物质的浓度，L 为总的光程。

进一步，根据实际应用要求，将上面的公式改进为：0()()exp(()())I I P S T C L λλφλ=-⋅⋅⋅其中，()S T 为谱线的线强度，只与温度有关，单位(cm -2Mpa)，可以运用HITRAN 数据库直接进行计算得出;P 为气体的总压，单位Mpa;()φλ为线性函数，表示被测吸收谱线的性质与温度、压强和气体的种类等有关。

可调谐二极管激光吸收检测技术可调谐二极管激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy TDLAS )是一种吸收光谱技术，通过分析测量光束被气体的选择吸收获得气体浓度。

光纤气体传感器综述光纤气体传感器是一种基于光学原理的传感器，它通过光纤的传输特性来检测气体的浓度、压力、温度等参数。

相比传统的电气传感器，光纤气体传感器具有更高的灵敏度、更广的测量范围和更好的抗干扰能力，因此在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到了广泛应用。

光纤气体传感器的工作原理是利用光纤的传输特性来检测气体的浓度、压力、温度等参数。

当光线通过光纤时，会受到气体的吸收和散射，从而改变光线的强度和频率。

通过测量光线的强度和频率变化，就可以确定气体的浓度、压力、温度等参数。

光纤气体传感器的优点主要有以下几点：1. 高灵敏度：光纤气体传感器可以检测非常微小的气体浓度变化，因此具有非常高的灵敏度。

2. 宽测量范围：光纤气体传感器可以测量非常广泛的气体浓度范围，从几个ppm到几百ppm甚至更高。

3. 抗干扰能力强：光纤气体传感器可以抵抗电磁干扰、温度变化、湿度变化等干扰因素，因此具有非常好的抗干扰能力。

4. 可靠性高：光纤气体传感器具有非常高的可靠性和稳定性，可以长期稳定地工作。

5. 体积小、重量轻：光纤气体传感器体积小、重量轻，可以方便地集成到各种设备中。

光纤气体传感器的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 环境监测：光纤气体传感器可以用于检测空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳、甲醛等，可以用于室内空气质量监测、工业废气排放监测等。

2. 工业生产：光纤气体传感器可以用于检测工业生产过程中的气体浓度、压力、温度等参数，可以用于化工、石油、冶金等行业的生产过程监测。

3. 医疗诊断：光纤气体传感器可以用于检测人体呼出气体中的成分，可以用于呼吸道疾病的诊断、肺癌的早期筛查等。

4. 安防监控：光纤气体传感器可以用于检测燃气泄漏、火灾等安全隐患，可以用于建筑物、地铁、隧道等场所的安防监控。

总之，光纤气体传感器具有非常广泛的应用前景，可以为环境保护、工业生产、医疗诊断、安防监控等领域提供有效的解决方案。

光纤气体传感器引言光纤气体传感器是一种使用光纤技术来监测和检测气体浓度的设备。

它具有高灵敏度、快速响应、低功耗等优点，因此在各种工业应用领域广泛使用。

本文将介绍光纤气体传感器的工作原理、应用领域以及未来发展趋势。

工作原理光纤气体传感器利用光的传输特性来实现气体浓度的检测。

其工作原理基于气体分子与光子之间的相互作用。

当气体分子中存在目标气体时，目标气体分子会与光纤中传输的光信号发生相互作用，改变光的传输特性。

通过测量这种改变，可以间接地获得气体浓度的信息。

光纤气体传感器通常由光源、光纤、传感器元件和信号处理单元组成。

光源通过光纤传输光信号到传感器元件中，传感器元件将光信号与目标气体进行相互作用，然后再通过光纤将信号传输回信号处理单元进行处理和分析。

应用领域光纤气体传感器在工业和环境监测中有广泛的应用。

以下是一些典型的应用领域：工业过程监测光纤气体传感器可以用于工业过程监测，例如化工厂中的有害气体检测、燃烧过程中的燃气排放检测等。

通过检测和监测气体浓度，可以确保工业过程的安全性和稳定性。

环境监测光纤气体传感器可以应用于环境监测中，例如大气污染物的监测、地下水的污染物检测等。

通过对环境中气体浓度的监测，可以有效地评估环境质量，并采取相应的保护和治理措施。

医疗诊断光纤气体传感器可以应用于医疗诊断中，例如呼吸气体中二氧化碳、氧气等气体的监测。

通过监测呼吸气体中气体浓度的变化，可以及时发现和诊断患者的呼吸系统疾病。

气体泄漏检测光纤气体传感器还可以用于气体泄漏检测，例如天然气管道中的泄漏检测、化学实验室中的有害气体泄漏检测等。

通过实时监测气体浓度的变化，可以及时发现并采取相应的安全措施，保障人员和设备的安全。

未来发展趋势光纤气体传感器在传感器技术领域具有广阔的应用前景，也面临着一些挑战。

以下是一些未来发展的趋势：高灵敏度随着科技的发展，人们对气体传感器的灵敏度要求越来越高。

传统的光纤气体传感器已经取得了很大的进展，但在一些特定的应用领域还需要进一步提高灵敏度以满足需求。