[發(fā)明專利]一種利用鎖頻激光的光腔衰蕩光譜技術(shù)測(cè)量氣體組分含量的系統(tǒng)和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210230344.2
• 申請(qǐng)日: 2012-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102768198A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡水明;陸燕;劉安雯;陳兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/39
• 分類號(hào): G01N21/39
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種用于測(cè)量混合氣體中所含的目標(biāo)氣體的含量的系統(tǒng)，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(cè)量通道(4)、光探測(cè)裝置(5)和數(shù)據(jù)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(guò)純的目標(biāo)氣體，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)激光波長(zhǎng)敏感的參考光強(qiáng)信號(hào)；

所述鎖定裝置(3)用于根據(jù)所述參考光強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)反饋控制信號(hào)，以控制所述激光的波長(zhǎng)鎖定于目標(biāo)氣體的分子的吸收譜線的中心波長(zhǎng)；

所述衰蕩光譜測(cè)量通道(4)用于使所述激光通過(guò)所述被測(cè)混合氣體，產(chǎn)生經(jīng)該被測(cè)混合氣體吸收的衰蕩激光；

所述光探測(cè)裝置(5)用于檢測(cè)所述衰蕩激光，并產(chǎn)生一個(gè)表示該衰蕩激光的光強(qiáng)的衰蕩光強(qiáng)信號(hào)；

所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)用于對(duì)所述衰蕩光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并記錄模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，該模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果可用于計(jì)算所述目標(biāo)氣體的含量。

2.如權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量混合氣體中所含的目標(biāo)氣體的含量的系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖定通道(2)包括一個(gè)調(diào)制裝置(21)和一個(gè)氣體吸收池(22)，

所述調(diào)制裝置(21)用于對(duì)所述激光光源(1)輸出的激光進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制，使其波長(zhǎng)在中心波長(zhǎng)附近作周期性振蕩，并將調(diào)制后的激光輸送到所述氣體吸收池(22)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)同步調(diào)制信號(hào)；

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

3.如權(quán)利要求2所述的用于測(cè)量混合氣體中所含的目標(biāo)氣體的含量的系統(tǒng)，其特征在于，

所述調(diào)制裝置(21)是連接于激光光源(1)的電源的電流調(diào)制信號(hào)源，其通過(guò)對(duì)激光光源(1)的電源電流附加一個(gè)微小的交流調(diào)制電信號(hào)，從而使激光光源(1)出射的激光波長(zhǎng)產(chǎn)生所述波長(zhǎng)調(diào)制。

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

所述鎖定通道探測(cè)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(zhuǎn)換為表示其光強(qiáng)的參考光強(qiáng)信號(hào)；

所述鎖定控制器(32)用于接收所述參考光強(qiáng)信號(hào)和同步調(diào)制信號(hào)，并將所述參考光強(qiáng)信號(hào)對(duì)所述同步調(diào)制電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后進(jìn)行比例積分放大，得到反映所述激光實(shí)際中心波長(zhǎng)相對(duì)與目標(biāo)氣體分子吸收線中心波長(zhǎng)的偏離的反饋控制信號(hào)。

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

所述光開(kāi)關(guān)41由一個(gè)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)以打開(kāi)或關(guān)閉，以控制激光通過(guò)該光開(kāi)關(guān)41或阻止其通過(guò)該光開(kāi)關(guān)41；

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

6.如權(quán)利要求5所述的用于測(cè)量混合氣體中所含的目標(biāo)氣體的含量的系統(tǒng)，其特征在于，在所述光開(kāi)關(guān)(41)與光衰蕩腔(43)之間還可包括一個(gè)光束調(diào)節(jié)裝置，用于接收通過(guò)所述光開(kāi)關(guān)(41)的激光，并對(duì)該激光的光束方向和束徑進(jìn)行調(diào)節(jié)后使其耦合進(jìn)入所述光衰蕩腔(43)。

7.如權(quán)利要求6所述的用于測(cè)量混合氣體中所含的目標(biāo)氣體的含量的系統(tǒng)，其特征在于，所述光束調(diào)節(jié)裝置是一個(gè)鏡組(42)，該鏡組由一個(gè)透鏡和一個(gè)反射鏡構(gòu)成，經(jīng)調(diào)節(jié)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(jìn)入光衰蕩腔(43)，而高階橫模被抑制。

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

所述接收光路探測(cè)器(51)用于接收所述衰蕩激光，并將該衰蕩激光轉(zhuǎn)換為表示其光強(qiáng)的衰蕩光強(qiáng)信號(hào)；

所述比較觸發(fā)控制器(52)用于比較所述衰蕩光強(qiáng)信號(hào)的幅度與一個(gè)閾值，當(dāng)衰蕩光強(qiáng)信號(hào)的幅度超過(guò)該閾值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，并將該觸發(fā)信號(hào)輸送到所述光開(kāi)關(guān)(41)和所述數(shù)據(jù)處理裝置(6)；

所述光開(kāi)關(guān)(41)用于在接收到該觸發(fā)信號(hào)時(shí)關(guān)閉，并在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間延時(shí)后再次打開(kāi)。