[發明專利]基于TDLAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統及方法

在審

• 申請號: 201711454285.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108195796A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 張和平;袁偉;陸松;管雨
• 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: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種基于TDLAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，包括：信號發生器、電流驅動器、溫度控制器、量子級聯激光器、合束器、He-Ne激光器、通入待測氣體的氣體吸收池、碲鎘汞MCT探測器、數據采集卡和上位機，所述待測氣體為飛機氣體滅火劑三氟溴甲烷或者五氟乙烷或者其他含C-F鍵的氣體；其中，

所述量子級聯激光器的出光口朝向所述合束器，并且所述量子級聯激光器的出射光與所述合束器呈45°夾角；所述He-Ne激光器的出光口朝向所述合束器，并且所述He-Ne激光器的出射光與所述合束器呈45°夾角；所述氣體吸收池的入光口朝向所述合束器；

所述信號發生器與所述電流驅動器相連，用于將低頻鋸齒波掃描信號輸入至所述電流驅動器中；

所述電流驅動器與所述量子級聯激光器連接，用于向所述量子級聯激光器輸入低頻鋸齒波掃描電流；

所述溫度控制器與所述量子級聯激光器連接，用于對所述量子級聯激光器進行恒定溫度控制，其中，所述恒定溫度為預先設置的；

所述量子級聯激光器，用于發射覆蓋所述待測氣體最強吸收線的紅外光；

所述He-Ne激光器，用于發射波長為633mm的可見紅光；

所述合束器，用于將所述紅外光和所述可見紅光耦合為入射測量光束；

所述MCT探測器與所述數據采集卡連接，用于測量所述氣體吸收池出光口的出射測量光束的激光強度，并將所述激光強度轉換為電壓信號、經前置放大后傳輸至所述數據采集卡，所述出射測量光束為所述入射測量光束經所述氣體吸收池吸收后得到的光束；

所述數據采集卡與所述上位機連接，用于將前置放大后的所述電壓信號發送至所述上位機；

所述上位機，用于將前置放大后的所述電壓信號進行反演計算，得到所述待測氣體的濃度及變化曲線。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，當所述待測氣體為所述三氟溴甲烷時，所述待測氣體最強吸收線位于1207.729cm^-1。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，當所述待測氣體為所述五氟乙烷時，所述待測氣體最強吸收線位于1209.158cm^-1。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述量子級聯激光器的出光口設置有準直器；所述準直器采用以ZnSe為基底并增加了寬帶增透膜的平凸透鏡。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述合束器對波長為633nm的可見紅光全反射，對8270-8280nm波段的中紅外光透射率為80％左右。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述氣體吸收池的入光口和出光口的兩側窗片采用氟化鋇材料。

7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括：設置于所述氣體吸收池和所述MCT探測器之間的光闌。

8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括：

設置于所述光闌和所述MCT探測器之間的鍍有金膜的離軸拋物面反射鏡。

9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述MCT探測器采用熱電冷卻方式進行低溫去噪，可探測波長范圍為2-12μm。

10.一種基于TDLAS的飛機氣體滅火劑濃度測量方法，其特征在于，應用于權利要求1～9任意一項所述的基于TDLAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，所述方法包括：

所述信號發生器將低頻鋸齒波掃描信號輸入至所述電流驅動器中；

所述電流驅動器向所述量子級聯激光器輸入低頻鋸齒波掃描電流；

所述溫度控制器對所述量子級聯激光器進行恒定溫度控制，其中，所述恒定溫度為預先設置的；

所述量子級聯激光器發射覆蓋所述待測氣體最強吸收線的紅外光；

所述He-Ne激光器發射波長為633mm的可見紅光；

所述MCT探測器測量所述氣體吸收池出光口的出射測量光束的激光強度，并將所述激光強度轉換為電壓信號、經前置放大后傳輸至所述數據采集卡，所述出射測量光束為所述入射光束經所述氣體吸收池吸收后得到的光束，所述入射測量光束是由所述合束器將所述紅外光和所述可見紅光耦合得到的；

所述數據采集卡將前置放大后的所述電壓信號發送至所述上位機；

所述上位機將前置放大后的所述電壓信號進行反演計算，得到所述待測氣體的濃度及變化曲線。