[發明專利]TDLAS中激光波長檢測控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201310278877.2
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103344607A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張超;翟愛平;李國輝;劉嘉誠
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發明涉及一種激光波長檢測裝置及其檢測控制方法，特別是一種用于TDLAS中激光波長檢測和波長穩定控制方法及裝置，具體地說，是一種基于雙波長光纖邁克耳遜干涉儀和通過光纖壓電陶瓷拉伸器實現光纖臂長差調制，進而利用相位調制度測量實現激光波長檢測和波長穩定控制的方法及裝置，應用于激光大氣測量，工業燃燒測量控制等激光測量領域。

背景技術

TDLAS（可調諧二極管激光吸收光譜學)是氣體傳感領域最有效的手段之一。TDLAS除了可應用于大氣環境污染檢測，工業廢氣檢測外，還可用于多個流體參數的在線高靈敏度測量，例如溫度，壓力，流速，濃度等，可用于燃氣狀態監測和控制，對于航空航天等領域有重要意義。TDLAS可分為直接吸收法和激光器調制法，直接吸收法具有結構簡單，穩定可靠的特點，但信噪比較低，激光器調制法信噪比高，可用于痕量氣體檢測。TDLAS普遍采用近紅外DFB半導體激光器（分布式反饋激光器）光源，近紅外DFB半導體激光器輸出波長與待測氣體的吸收譜線要高度接近，因此近紅外DFB半導體激光器輸出波長的測量和穩定成為TDLAS實現工業應用的前提條件。近紅外DFB半導體激光器在采用恒流，恒溫，防震和密封后，其波長穩定度可以提高一個量級，但再進一步調高，將受溫度控制極限的限制。必須采用進一步的波長穩定措施，控制激光波長穩定的內在因素。如果對近紅外DFB半導體激光器不加波長穩定控制措施，近紅外DFB半導體激光器存在慢漂和跳?，F象，同時電噪聲和機械噪聲能引起近紅外DFB半導體激光器輸出波長跳動。

傳統近紅外DFB半導體激光器波長檢測方法為光波長計和光譜儀，用于TDLAS中實現高精度波長測量的主要為光波長計。光波長計一般價格昂貴，由于大量采用光學透鏡而結構復雜，而且實時性較差，這就限制了TDLAS的在線實時測量應用。

發明內容

本發明要解決的具體技術問題是TDLAS中，近紅外DFB半導體激光器輸出波長存在慢漂和跳模的問題，進而提供一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置及其控制方法，以保證近紅外DFB半導體激光器輸出波長與TDLAS待測氣體的吸收譜線重合。

實現本發明的目的在于所提供的一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置及其控制方法，其中，所述一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置，包括近紅外DFB半導體激光器、氦氖激光器、光隔離器、單模光纖耦合器、、壓電陶瓷光纖拉伸器、光濾波片、光電探測器和波長撿測控制器；其特征在于：所述近紅外DFB半導體激光器的信號通過第一光隔離器輸入到第一單模光纖耦合器；所述氦氖激光器的信號通過第二光隔離器輸入到第一單模光纖耦合器；所述第一單模光纖耦合器輸出光進入第二單模光纖耦合器，第二單模光纖耦合器的輸出臂上纏繞有第一壓電陶瓷光纖拉伸器輸出；與第二壓電陶瓷光纖拉伸器；

其中，第二壓電陶瓷光纖拉伸器由正弦信號調制器對光纖輸出臂的長度差進行調制；第二單模光纖耦合器兩輸出臂的端面菲涅耳反射光輸入給第三單模光纖耦合器，第三單模光纖耦合器輸出臂分別通過近紅外光濾波片與可見光濾波片由第一光電探測器與第二光電探測器接收后輸出給近紅外DFB半導體激光器波長測量和電流控制器，構成TDLAS中激光波長檢測控制裝置。

所述一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置的控制方法，其所述方法是通過雙波長光纖邁克耳遜干涉儀結構和通過光纖壓電陶瓷拉伸器實現光纖臂長差調制，同時利用光電探測器探測光纖端面菲涅耳反射干涉信號和通過相位調制度測量實現激光波長快速檢測，通過控制近紅外DFB半導體激光器偏置電流實現輸出波長的穩定。

本發明上述所提供的一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置，結合光纖傳感技術，集成度高，快速準確，性能穩定；本發明所提供的一種TDLAS中激光波長檢測控制裝置的控制方法，通過雙波長光纖邁克耳遜干涉儀結構和通過光纖壓電陶瓷拉伸器實現光纖臂長差調制，同時利用光電探測器探測光纖端面菲涅耳反射干涉信號和通過相位調制度測量實現激光波長快速檢測，通過控制近紅外DFB半導體激光器電流實現輸出波長的穩定，克服了TDLAS系統中紅外DFB半導體激光器存在慢漂和跳模現象，可廣泛應用于激光大氣測量，工業燃燒測量控制等激光測量領域。

附圖說明

圖1是TDLAS中激光波長檢測及波長穩定控制裝置及其控制方法