基于FPGA的倏逝波型光纖氣體檢測研究
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光沿著z軸正方向傳播，倏逝波分配區(qū)域為敏感元區(qū)，Zm為倏逝波的穿透深度。n1為纖芯的折射率，n2為吸收介質(zhì)的折射率。θ1為從纖芯入射到吸收介質(zhì)的入射角。若從纖芯折射入吸收介質(zhì)的折射角為θr，由斯涅爾定律和全反射條件可得到：
式(3)中E2表示倏逝波沿x方向呈指數(shù)規(guī)律衰減，而在z方向是一個行波場。E20為進入吸收介質(zhì)前的初始場強。當(dāng)倏逝波的振幅衰減到界面處的e-1倍時，這時的徑向深度稱Zm為透射深度：
式(4)中的λ1為傳輸光的波長。
當(dāng)吸收介質(zhì)中的氣體濃度發(fā)生變化時，其折射率n2將發(fā)生改變，由式(3)(4)可知，倏逝波的振幅、光強也會變化，同時透射深度Zm也會改變，根據(jù)這些變化能進一步建立傳感器輸出光信號與被測氣體類型和濃度的關(guān)系。
基于以上倏逝波原理，同時考慮氣體光譜吸收理論，根據(jù)比爾-朗伯吸收定律有：
式(5)中的I0(λ)為初始光強，I(λ)為經(jīng)過待測氣體后的光強，aλ為介質(zhì)的吸收系數(shù)，L為氣室的長度，C為待測氣體的濃度。
2 氣體傳感頭設(shè)計
倏逝波光纖氣體傳感器是基于漸逝場理論，由于光透入光疏介質(zhì)中能量相對比較少，倏逝波型光纖氣體傳感器的光纖傳感部分要經(jīng)過特殊設(shè)計加工來提高靈敏度。在實際檢測氣體應(yīng)用中，要考慮傳感頭結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境、工作狀態(tài)等因素，可采用如下兩種倏逝波光纖氣體傳感頭結(jié)構(gòu)。
2．1 內(nèi)腔傳感器
內(nèi)腔傳感器主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。光源采用可調(diào)諧紅外激光器，激光通過聚焦透鏡將光聚合到光纖中，順著光纖經(jīng)過充滿待測氣體的腔，根據(jù)倏逝波效應(yīng)和氣體吸收光譜效應(yīng)，光強發(fā)生變化，經(jīng)過輸出透鏡，由光電探測器接受，然后數(shù)據(jù)處理得出氣體濃度信息，完成傳感過程。采用小型采樣氣室設(shè)計，通過紅外可調(diào)諧激光，利用倏逝波原理，并結(jié)合氣體在紅外波段的吸收光譜理論。小氣室設(shè)計適合向便攜式氣體傳感器發(fā)展，可調(diào)諧紅外激光則滿足對不同氣體測量的需要。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191072.htm
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