[發明專利]一種可調諧半導體激光監測二氧化碳濃度的方法

有效

• 申請號: 201911068524.3
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110779891B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 劉景旺;張博洋;董春穎;燕惠娜
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種可調諧半導體激光監測二氧化碳濃度的方法，其特征在于，所述方法基于CO₂監測系統支持，所述CO₂監測系統為利用labVIEW軟件平臺所搭建的基于TDLAS的CO₂監測系統，包括以下步驟：

a.被測氣體原始監測，搭建可調諧半導體激光吸收光譜CO₂監測平臺，將待測氣體通過氣路經氣體分割器與含量100％的N₂配比進入懷特型多次反射氣體池，激光器所產生的激光由激光器尾纖輸出，經準直透鏡、懷特型多次反射氣體池至光電檢測器，由光電檢測器轉換成電信號，再經數字鎖相放大器進行解調，從而解調出被測氣體原始一次諧波模擬信號和被測氣體原始二次諧波模擬信號，經過A/D轉換器轉換成相應的被測氣體原始一次諧波數字信號和被測氣體原始二次諧波數字信號并輸入計算機，基于Labview軟件平臺對所述被測氣體原始一次諧波數字信號和被測氣體原始二次諧波數字信號進行處理，用所述被測氣體原始一次諧波數字信號歸一化所述被測氣體原始二次諧波數字信號，從而得到歸一化的被測氣體原始二次諧波數字信號A’_m；

b.標準氣體原始監測，對由N₂與CO₂組成的且CO₂質量含量為已知數值C_r的標準氣體進行原始監測，搭建可調諧半導體激光吸收光譜CO₂監測平臺，將標準氣體通過氣路經氣體分割器與含量100％的N₂配比進入懷特型多次反射氣體池，激光器所產生的激光由激光器尾纖輸出，經準直透鏡、懷特型多次反射氣體池至光電檢測器，由光電檢測器轉換成電信號，再經數字鎖相放大器進行解調，從而解調出標準氣體原始一次諧波模擬信號和標準氣體原始二次諧波模擬信號，經過A/D轉換器轉換成相應的標準氣體原始一次諧波數字信號和標準氣體原始二次諧波數字信號并輸入計算機，基于Labview軟件平臺對所述標準氣體原始一次諧波數字信號和標準氣體原始二次諧波數字信號進行處理，用所述標準氣體原始一次諧波數字信號歸一化所述標準氣體原始二次諧波數字信號，從而得到歸一化的標準氣體原始二次諧波數字信號A’_r；

c.背景氣體監測，將含量100％的N₂經氣體分割器進入懷特型多次反射氣體池，激光器所產生的激光由激光器尾纖輸出，經準直透鏡、懷特型多次反射氣體池至光電檢測器，由光電檢測器轉換成電信號，再經數字鎖相放大器進行解調，從而解調出背景氣體一次諧波模擬信號和背景氣體二次諧波模擬信號，經過A/D轉換器轉換成相應的背景氣體一次諧波數字信號和背景氣體二次諧波數字信號并輸入計算機，基于Labview軟件平臺對所述背景氣體一次諧波數字信號和所述背景氣體二次諧波數字信號進行處理，用所述背景氣體一次諧波數字信號歸一化所述背景氣體二次諧波數字信號，從而得到歸一化的背景氣體二次諧波數字信號A_b；

d.數據矯正后的被測氣體CO₂濃度，將步驟a中所獲取的歸一化的被測氣體原始二次諧波數字信號A’_m減去步驟c中所獲取的歸一化的背景氣體二次諧波數字信號A_b，從而得到歸一化的被測氣體光譜吸收信號A_m；將步驟b中所獲取的歸一化的標準氣體原始二次諧波數字信號A’_r減去步驟c中所獲取的歸一化的背景氣體二次諧波數字信號A_b，從而得到歸一化的標準氣體光譜吸收信號A_r；被測氣體CO₂濃度C_m依據下述公式獲得：

式中，C_m：被測氣體CO₂濃度；A_m：歸一化的被測氣體光譜吸收信號；A_r：歸一化的標準氣體光譜吸收信號；C_r：標準氣體濃度；A’_m：歸一化的被測氣體原始二次諧波數字信號；A_b：歸一化的背景氣體二次諧波數字信號；A’_r：歸一化的標準氣體原始二次諧波數字信號。

2.根據權利要求1所述的一種可調諧半導體激光監測二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述可調諧半導體激光器為以中心波長為2004nm的DFB型半導體激光器。

3.根據權利要求1所述的一種可調諧半導體激光監測二氧化碳濃度的方法，其特征在于：所述標準氣體的CO₂質量含量C_r為下述數值中的任意一種10％，20％，30％。