[發明專利]一種基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置

有效

• 申請號: 201910373871.0
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110044837B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王寅;徐鵬;李彬;姚鴻熙
• 申請（專利權）人: 南京安控易創計算機科技有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 沈旻

1.一種基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于包括：

窄帶探測光束發射模塊，用于發射待測氣體組分特征吸收波長和參考波長的窄帶探測光束到氣體吸收池中，其中待測氣體組分在該參考波長處無吸收特征；

氣體吸收池，其容納待測氣體且包括一組反射鏡，窄帶探測光束在氣體吸收池內的反射路徑依次經過反射鏡上的多個光束入射點；

至少一個光功率放大模塊，包括光纖耦合鏡、第一波分復用器、第二波分復用器、多個光纖放大器及光纖準直鏡，其中光纖耦合鏡穿設在反射鏡上對應于一個光束入射點處，光纖耦合鏡輸入端為光功率放大模塊輸入端口，接收窄帶探測光束，光纖耦合鏡輸出端連接至第一波分復用器輸入端，第一波分復用器輸出端分別連接至各光纖放大器輸入端，所有光纖放大器輸出端皆連接至第二波分復用器輸入端，光纖準直鏡穿設在反射鏡上對應于反射路徑中的后續光束入射點處，第二波分復用器輸出端連接至光纖準直鏡輸入端，光纖準直鏡輸出端為光功率放大模塊輸出端口，光纖準直鏡使經功率放大的窄帶探測光束對準反射路徑中的下一光束入射點射出，波分復用器的分光波長和光纖放大器的放大波長分別與窄帶探測光束波長相對應；

光電探測模塊，用于探測從氣體吸收池出射的窄帶光束，生成相應電信號；

控制器，用于對光電探測模塊生成的電信號進行處理，得到氣體吸收池內待測氣體組分的濃度。

2.根據權利要求1所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，窄帶探測光束發射模塊包括寬帶光源、步進電機和波長調制盤，其中寬帶光源被配置成向氣體吸收池輻射寬帶探測光束，波長調制盤與步進電機機械連接，波長調制盤上開有多個開孔，在開孔處安裝分別與待測氣體組分特征吸收波長和參考波長相對應的準直鏡和濾光片鏡組，步進電機驅動波長調制盤旋轉，使得準直鏡和濾光片鏡組依次與寬帶光源重合，使與準直鏡和濾光片鏡組對應波長的窄帶探測光束依次入射到氣體吸收池中。

3.根據權利要求2所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，所述寬帶光源為寬帶紅外光源。

4.根據權利要求1所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，氣體吸收池為長光程氣體吸收池。

5.根據權利要求1所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，所述至少一個光功率放大模塊包括依次對窄帶探測光束功率進行放大的兩個以上光功率放大模塊，其中，在后的光功率放大模塊的光纖耦合鏡在反射路徑上的位置居于在前的光功率放大模塊的光纖準直鏡之后，使得自在前的光功率放大模塊的光纖準直鏡射出的窄帶探測光束進入在后的光功率放大模塊的光纖耦合鏡。

6.根據權利要求1所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，光電探測模塊包括光電探測器耦合鏡、光電探測器和光電采集電路，光電探測器耦合鏡與光電探測器光學耦合，光電探測器又電連接至光電采集電路，其中，光電探測器耦合鏡將窄帶光束會聚到光電探測器的光敏面，光電探測器響應出光電流信號或電壓信號，該信號被光電采集電路采集、模/數轉換。

7.根據權利要求1所述的基于光纖放大器的差分吸收光譜氣體檢測裝置，其特征在于，控制器依據以下公式計算待測氣體組分濃度C_i：

其中，I′₀為光電探測模塊測得的參考波長探測光束的光功率，I′_i為光電探測模塊測得的特征吸收波長探測光束的光功率，a_i與b_i均為常數。