[發明專利]一種利用鎖頻激光的光腔衰蕩光譜技術測量氣體組分含量的系統和方法

無效

• 申請號: 201210230344.2
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102768198A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 胡水明;陸燕;劉安雯;陳兵
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，包括用于輸出激光的激光光源(1)，其特征在于，還包括鎖定通道(2)、鎖定裝置(3)、衰蕩光譜測量通道(4)、光探測裝置(5)和數據接收處理裝置(6)，其中

所述鎖定通道(2)用于使所述激光通過純的目標氣體，產生一個對激光波長敏感的參考光強信號；

所述鎖定裝置(3)用于根據所述參考光強信號產生一個反饋控制信號，以控制所述激光的波長鎖定于目標氣體的分子的吸收譜線的中心波長；

所述衰蕩光譜測量通道(4)用于使所述激光通過所述被測混合氣體，產生經該被測混合氣體吸收的衰蕩激光；

所述光探測裝置(5)用于檢測所述衰蕩激光，并產生一個表示該衰蕩激光的光強的衰蕩光強信號；

所述數據處理裝置(6)用于對所述衰蕩光強信號進行模數轉換并記錄模數轉換結果，該模數轉換結果可用于計算所述目標氣體的含量。

2.如權利要求1所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，所述鎖定通道(2)包括一個調制裝置(21)和一個氣體吸收池(22)，

所述調制裝置(21)用于對所述激光光源(1)輸出的激光進行波長調制，使其波長在中心波長附近作周期性振蕩，并將調制后的激光輸送到所述氣體吸收池(22)，同時產生一個同步調制信號；

所述氣體吸收池(22)用于容納純的所述目標氣體，并使入射的所述調制后的激光發生共振吸收。

3.如權利要求2所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，

所述調制裝置(21)是連接于激光光源(1)的電源的電流調制信號源，其通過對激光光源(1)的電源電流附加一個微小的交流調制電信號，從而使激光光源(1)出射的激光波長產生所述波長調制。

4.如權利要求2所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，所述鎖定裝置(3)包括鎖定通道探測器(31)和鎖定控制器(32)，

所述鎖定通道探測器(31)用于接收所述氣體吸收池22輸出的激光，并將該激光轉換為表示其光強的參考光強信號；

所述鎖定控制器(32)用于接收所述參考光強信號和同步調制信號，并將所述參考光強信號對所述同步調制電信號進行解調后進行比例積分放大，得到反映所述激光實際中心波長相對與目標氣體分子吸收線中心波長的偏離的反饋控制信號。

5.如權利要求4所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，所述衰蕩光譜測量通道(4)包括光開關(41)和光衰蕩腔(43)，

所述光開關41由一個觸發信號進行觸發以打開或關閉，以控制激光通過該光開關41或阻止其通過該光開關41；

所述光衰蕩腔43用于使入射到其中的激光來回多次反射，產生逐漸衰蕩的所述衰蕩激光。

6.如權利要求5所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，在所述光開關(41)與光衰蕩腔(43)之間還可包括一個光束調節裝置，用于接收通過所述光開關(41)的激光，并對該激光的光束方向和束徑進行調節后使其耦合進入所述光衰蕩腔(43)。

7.如權利要求6所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，所述光束調節裝置是一個鏡組(42)，該鏡組由一個透鏡和一個反射鏡構成，經調節后的激光空間模式與所述光衰蕩腔(43)匹配，使得其基橫模光能夠高效率地進入光衰蕩腔(43)，而高階橫模被抑制。

8.如權利要求5所述的用于測量混合氣體中所含的目標氣體的含量的系統，其特征在于，所述光探測裝置(5)包括接收光路探測器(51)和比較觸發控制器(52)，

所述接收光路探測器(51)用于接收所述衰蕩激光，并將該衰蕩激光轉換為表示其光強的衰蕩光強信號；

所述比較觸發控制器(52)用于比較所述衰蕩光強信號的幅度與一個閾值，當衰蕩光強信號的幅度超過該閾值時，產生一個觸發信號，并將該觸發信號輸送到所述光開關(41)和所述數據處理裝置(6)；

所述光開關(41)用于在接收到該觸發信號時關閉，并在一個預先設定的時間延時后再次打開。