[發(fā)明專利]基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710174184.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106802288B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紅蓮;方立德;李小亭;李飛超;吳瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/359;G01N21/3504
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅;胡澎

1.一種基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測裝置，其特征是，包括激光發(fā)射機構(gòu)、光路與氣路機構(gòu)、檢測接收與處理機構(gòu)；

所述激光發(fā)射機構(gòu)包括超連續(xù)譜激光器、光學(xué)濾波器、光闌、二極管激光器、激光驅(qū)動器、調(diào)制信號發(fā)生器、準(zhǔn)直器和光纖合波器；所述超連續(xù)譜激光器用于產(chǎn)生超連續(xù)譜激光，超連續(xù)譜激光依序經(jīng)所述光學(xué)濾波器和所述光闌后入射所述光纖合波器；所述激光驅(qū)動器用于為所述二極管激光器提供工作所需溫度和電流，所述調(diào)制信號發(fā)生器用于產(chǎn)生調(diào)制信號并通過所述激光驅(qū)動器控制所述二極管激光器輸出可調(diào)諧激光，所述二極管激光器輸出的可調(diào)諧激光經(jīng)所述準(zhǔn)直器后入射所述光纖合波器；所述光纖合波器用于將所述光闌輸出的超連續(xù)譜激光與所述準(zhǔn)直器輸出的可調(diào)諧激光合并為一束光并輸出；所述光纖合波器輸出的光束即為激光光源；

所述光路與氣路機構(gòu)用于使所述光纖合波器輸出的光束按照預(yù)期的軌跡進行反射，且在反射過程中被待測氣體吸收部分能量；

所述檢測接收與處理機構(gòu)用于接收所述光路與氣路機構(gòu)輸出的經(jīng)過反射、吸收后的光信號，并對接收到的信號進行處理，以得出待測氣體的種類和濃度；

所述檢測接收與處理機構(gòu)包括光電探測器、鎖相放大器、近紅外光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；由所述光路與氣路機構(gòu)輸出的光信號經(jīng)過一分二光纖分成兩路光信號，其中一路光信號經(jīng)所述近紅外光譜儀傳輸給計算機；另一路光信號經(jīng)所述光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸入到鎖相放大器中對信號進行解調(diào)，輸出諧波信號被數(shù)據(jù)采集卡采集，再傳輸給計算機；所述計算機對兩路數(shù)據(jù)進行處理，即可得出待測氣體的種類和濃度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測裝置，其特征是，所述光路與氣路機構(gòu)包括吸收池、通氣管和容器；在所述容器內(nèi)盛放有待測氣體，所述容器通過所述通氣管與吸收池的進氣口相接，進而可向吸收池內(nèi)通入待測氣體；在所述吸收池內(nèi)設(shè)置有若干反射鏡，所述光纖合波器輸出的光束入射進所述吸收池可在吸收池內(nèi)按預(yù)期的軌跡反射，且反射過程中可被吸收池內(nèi)的待測氣體吸收部分能量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測裝置，其特征是，所述光學(xué)濾波器為LLTF光學(xué)濾波器，所述吸收池為懷特型長光程吸收池；在所述吸收池的側(cè)壁設(shè)置有兩個反射鏡，入射所述吸收池的光束首先經(jīng)其中一個反射鏡反射后再入射所述吸收池，出射所述吸收池的光束經(jīng)另一反射鏡反射后再入射所述檢測接收與處理機構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測裝置，其特征是，所述光路與氣路機構(gòu)包括若干反射鏡，所述光纖合波器輸出的光束可在所述若干反射鏡之間按預(yù)期的軌跡反射，且反射過程中可被存在于反射鏡之間的開放式光路中的待測氣體吸收部分能量。

5.一種基于可調(diào)諧激光和超連續(xù)譜激光的氣體檢測方法，其特征是，包括如下步驟：

a、搭建氣體檢測裝置；

所述氣體檢測裝置包括激光發(fā)射機構(gòu)、光路與氣路機構(gòu)、檢測接收與處理機構(gòu)；

所述激光發(fā)射機構(gòu)包括超連續(xù)譜激光器、光學(xué)濾波器、光闌、二極管激光器、激光驅(qū)動器、調(diào)制信號發(fā)生器、準(zhǔn)直器和光纖合波器；

b、打開超連續(xù)譜激光器和二極管激光器的開關(guān)，使超連續(xù)譜激光器產(chǎn)生的激光依次經(jīng)過光學(xué)濾波器和光闌后入射光纖合波器，二極管激光器在調(diào)制信號發(fā)生器和激光驅(qū)動器的作用下輸出可調(diào)諧激光，并將可調(diào)諧激光經(jīng)準(zhǔn)直器后輸出給光纖合波器；光纖合波器將超連續(xù)譜激光與可調(diào)諧激光合并為一束光并輸出；

c、光路與氣路機構(gòu)使光纖合波器輸出的激光按照預(yù)期的軌跡進行反射，且在反射過程中由待測氣體吸收激光的部分能量；

d、被吸收能量后的激光由檢測接收與處理機構(gòu)接收并進行處理，從而得出待測氣體的種類和濃度；

步驟a中，所述檢測接收與處理機構(gòu)包括光電探測器、鎖相放大器、近紅外光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和計算機；步驟d中，被吸收能量后的激光首先經(jīng)一分二光纖分成兩路光信號，其中一路光信號經(jīng)所述近紅外光譜儀后直接傳輸給計算機；另一路光信號依序經(jīng)所述光電探測器、所述鎖相放大器和所述數(shù)據(jù)采集卡傳輸給計算機；計算機接收兩路數(shù)據(jù)并進行處理，即可得出待測氣體的種類和濃度。