[發(fā)明專利]直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路及檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910077221.8
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101782513A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 錢進;張哲民;原輝;石春英;譚慧萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學研究院;張哲民;原輝
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣體測量方法，特別是涉及一種直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路及檢測方法。

背景技術

在大氣監(jiān)測以及各種工業(yè)過程監(jiān)控中，利用不同氣體的特征吸收波長各異的特點，可調(diào)諧激光吸收光譜方法越來越被重視。這種利用氣體特征吸收線的激光檢測法有靈敏度高、選擇性強、免維護以及使用壽命長等一系列優(yōu)點，是最近十多年來發(fā)展迅速的一項新興的氣體檢測技術。其良好的技術發(fā)展前景日益受到國內(nèi)外相關領域的研究者和使用者的廣泛重視。利用氣體的特征吸收線進行穩(wěn)頻的激光器可以作為標準波長激光器。

采用可調(diào)諧激光吸收光譜技術研究氣體吸收時，現(xiàn)在大多采用體積小、控制方便、價格便宜的半導體激光器。調(diào)諧半導體激光器時，在激光器波長被調(diào)諧的同時，半導體激光器的輸出強度一樣被調(diào)制。這種被調(diào)制的強度被稱為殘余幅度噪聲(RAM)，在諧波檢測方法中，殘余幅度噪聲作為主要背景信號噪聲嚴重限制了測量精度。而且半導體激光器本身的功率-電流輸出特性往往會出現(xiàn)扭折，即非線性，這種非線性同樣會成為檢測的一種噪聲。在現(xiàn)在通用的方法中，大都是在數(shù)據(jù)采集電路將數(shù)據(jù)采集后，利用單片機或計算機進行數(shù)據(jù)處理的辦法來消除這些噪聲的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的檢測方法在數(shù)據(jù)被采集前直接將這些噪聲在電路上消除掉，使得后續(xù)數(shù)據(jù)采集電路采集到的信號直接和氣體吸收譜形成比例。

所述技術方案如下：

本發(fā)明的一種直接測量氣體吸收譜形的檢測方法，所述方法包括下列步驟：

步驟A：由同一激光分出兩束光并經(jīng)兩個不同光路，其中一路經(jīng)過待測氣體吸收后由光探測器進行檢測，另一路不經(jīng)過任何氣體進行吸收或經(jīng)過已知氣體吸收后由另一光探測器進行檢測；

步驟B：將兩個光探測器輸出的電流信號分別進行放大處理；

步驟C：對經(jīng)過放大處理后的輸出結(jié)果進行除法運算，其線性輸出直接反映待測氣體的吸收強度譜形。

本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的檢測方法，所述步驟C具體為，將經(jīng)過放大處理的兩個輸出結(jié)果輸入除法器中進行相除運算。

本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的檢測方法，所述步驟C還包括，對除法運算的結(jié)果進行對數(shù)運算，其運算結(jié)果直接反映待測氣體的吸收系數(shù)譜形。

本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的檢測方法，在所述步驟B中，還包括通過調(diào)節(jié)兩個光探測器輸出的電流信號放大系數(shù)來調(diào)整輸出信號。

本發(fā)明還提供了一種直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路，所述平衡檢測電路包括第一放大電路和第二放大電路，兩個放大電路分別與除法器相連接，在除法器的輸出端連接有對數(shù)器；所述第一放大電路的輸入端與第一光探測器相連接，所述第二放大電路的輸入端與第二光探測器相連接。

本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路中，所述第一光探測器與所述第二光探測器是同類探測器，其響應波長由待測氣體決定。

本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路中，所述第一放大電路和第二放大電路可以分別對第一光探測器和所述第二光探測器輸入的電信號提供不同的放大系數(shù)。

本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是：本發(fā)明的檢測方法在數(shù)據(jù)被采集前直接將這些噪聲在電路上消除掉，使得后續(xù)數(shù)據(jù)采集電路采集到的信號直接和氣體吸收譜形成比例。簡化了數(shù)據(jù)處理的過程，提高了檢測精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種直接測量氣體吸收譜形的檢測方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的一種直接測量氣體吸收譜形的平衡檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

本發(fā)明的目的為了消除在用可調(diào)諧半導體激光吸收光譜方法檢測氣體濃度時，由半導體激光器的電流調(diào)制或其功率-電流輸出非線性造成的殘余幅度噪聲。

為此，本發(fā)明直接測量氣體吸收譜形的方法提出了一種平衡檢測電路，利用該電路將由同一激光分出兩束激光信號，其中一路經(jīng)過氣體吸收的激光信號和另一路激光器直接輸出的信號分別進行放大后，將二者比較相除，其除法器得到的信號是和氣體吸收譜形直接相關的信號，此時由于半導體激光器本身強度變化產(chǎn)生的噪聲分量將被很大程度上被抵消。如果將除法器的信號進一步經(jīng)過對數(shù)器，則最終的對數(shù)輸出結(jié)果將是和吸收強度、氣體濃度、吸收長度成比例的信號。

利用本發(fā)明的直接測量氣體吸收譜形的方法進行測量的基本步驟如下：