[發明專利]多成分氣體在線檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 200710058428.1
• 申請日: 2007-07-30
• 公開（公告）號: CN101109701A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 杜振輝;齊汝賓;陳鋒;徐可欣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/25
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

1.一種多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，是通過近紅外調諧激光光譜對空氣中的多種氣體進行成分分析和濃度檢測，采用多個半導體激光器，分別覆蓋不同的波長范圍，對多個半導體激光器的激光進行調制，通過半導體制冷器控制半導體激光器的內部溫度，在溫度的變化過程中進行測量，所需要的精確波長由實時測量的溫度值和注入電流計算得到，基于調制譜和多變量建模相結合的方法實現對多種氣體的成分分析和濃度測量，首先將開放式多光程池(10)置于測量現場，然后進行檢測；所述的檢測包括有如下步驟：

由調制信號發生器(1)提供高頻電流調制信號的激光驅動器(2)通過控制半導體激光器(3、4、5)的注入電流對半導體激光器(3、4、5)進行電流調諧；

溫度檢測/控制器(9)通過半導體激光器(3、4、5)內部的熱電制冷器控制激光器的內部溫度，改變溫度以對半導體激光器(3、4、5)進行溫度調諧；

半導體激光器(3、4、5)經過溫度和電流的雙調制后，激光波長得到了調諧，出射的激光通過光纖(7)到光纖耦合器(6)后分出一部分激光再經光纖傳輸到開放式多光程池(10)，在開放式多光程池(10)內激光發生多次反射，經被測氣體的吸收后出射的激光再經光纖(8)傳輸到平衡接收器(11)；

經光纖耦合器(6)分出的另一部分激光也經光纖(8)送入平衡接收器(11)；

平衡接收器(11)拾取的信號經前置放大器(12)放大后送入鎖相放大器(13、14、15)，再經A/D轉換器(16)將模擬信號轉換為數字信號后送入計算機(17)進行處理。

2.根據權利要求1所述的多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，采用多個半導體激光器，以時分和頻分中的一種工作模式，基于調制譜和多變量建模相結合的方法實現對多種氣體的成分分析和濃度測量。

3.根據權利要求1所述的多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，用于測量氣體成分的光的波段包括：多成分氣體分子的倍頻振動和合頻振動的近紅外區域，波長為從800nm到2500nm。

4.根據權利要求1或2所述的多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，同時檢測調制譜的多個諧波成分，f、2f、3f、……、nf，對吸收譜的多次諧波進行融合處理。

5.根據權利要求1所述的多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，所述的平衡接收器(11)拾取的信號經前置放大器(12)放大后，由多個鎖相放大器(13、14、15)組成多個信號通道，分別接收吸收譜的多個諧波成分，對多個諧波數據分別進行A/D轉換為數字信號送入到計算機(17)。

6.根據權利要求1所述的多成分氣體在線檢測方法，其特征在于，在計算機(17)中采用傅立葉變換的方法進行頻譜分析，將不同的諧波成分予以分離。

7.一種多成分氣體在線檢測裝置，其特征在于，包括有：依次連接的調制信號發生器(1)、激光驅動器(2)、激光光譜光路(21)、信號調理電路(22)、計算機(17)，其中，計算機(17)還連接調制信號發生器(1)，計算機(17)還通過溫度檢測/控制器(9)與激光光譜光路(21)相連接。

8.根據權利要求7所述的多成分氣體在線檢測裝置，其特征在于，所述的激光光譜光路(21)包括有：多個半導體激光器(3、4、5)、光纖耦合器(6)、開放式多光程池(10)和平衡式光電接收器(11)，其中，半導體激光器(3、4、5)的輸入端連接激光驅動器(2)，輸出端通過光纖(7)與光纖耦合器(6)相連，光纖耦合器(6)的一個輸出端通過光纖(8)連接開放式多光程池(10)，開放式多光程池(10)的輸出端和光纖耦合器(6)的另一個輸出端分別通過光纖(8)連接平衡式光電接收器(11)，平衡式光電接收器(11)的輸出連接信號調理電路(22)。

9.根據權利要求7所述的多成分氣體在線檢測裝置，其特征在于，所述的信號調理電路(22)包括有依次連接的前置放大器(12)、多個鎖相放大器(13、14、15)和A/D轉換器(16)，其中，前置放大器(12)的輸入端連接激光光譜光路(21)中的平衡式光電接收器(11)，鎖相放大器(13、14、15)還連接調制信號發生器(1)，A/D轉換器(16)連接計算機(17)。

10.根據權利要求7所述的多成分氣體在線檢測裝置，其特征在于，所述的信號調理電路(22)包括有前置放大器(12)和A/D轉換器(16)，其中，前置放大器(12)的輸入端連接激光光譜光路(21)中的平衡式光電接收器(11)，A/D轉換器(16)連接計算機(17)。