[發明專利]基于參考補償的可調諧激光工業廢氣在線監測裝置及方法

在審

• 申請號: 201911294603.6
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110879215A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 李晨曦;龐峰
• 申請（專利權）人: 蘇州同陽科技發展有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京思格頌知識產權代理有限公司 11635
• 代理人: 楊超

本發明涉及一種基于參考補償原理的可調諧激光廢氣在線監測裝置，包括光源部分，具有馬赫曾德干涉儀和光電檢測器的參考路部分，具有光電檢測器和數字鎖相放大器的檢測部分；光源部分出射光分為兩路，分別進入參考路與檢測部分；檢測部分包括光電檢測器及鎖相放大信號處理單元，光電檢測器將經過廢氣的光信號轉換為電信號，并經過A/D轉換為數字信號；數字信號通過鎖相放大信號處理單元處理，得到高信噪比的氣體吸收光譜。本發明同時給出利用此種裝置實現的監測方法。

技術領域

本發明涉及一種應用于工業廢氣檢測的可實現參考補償的可調諧激光吸收光譜測量的裝置與方法。

背景技術

目前我國仍處于污染事件高發階段，尤其以大氣污染事件最為頻繁，危害也最嚴重。針對大氣污染污染源的在線監測分析儀器進一步加強，提高監控力度，減少污染事件。工業廢氣是造成大氣污染的重要因素，能源、電力、化工、冶金、紡織、制藥、垃圾焚燒等工業過程在化學反應時產生的各種廢氣，這些廢氣含有大量對人體有害的物質,必須對其排放量進行嚴格控制。

可調諧激光吸收光譜技術具有測量精度高，適用場合廣泛，響應速度快等優點，在污染氣體特別是工業廢氣在線監測領域具有良好的應用前景。其單線光譜分析技術具有許多獨特的優點，可以消除背景氣體干擾，提高檢測靈敏度。隨著對環境保護與工業廢氣排放要求的不斷提高，可調諧激光吸收光譜在痕量氣體檢測領域的應用也越來越多，其檢測限也可達到ppb的量級，省去了復雜的取樣和預處理系統，結構簡單，維護量減少，比抽取式取樣更具代表性，響應速度更快，更加符合工業過程自動化控制的需求。

可調諧激光吸收光譜技術的關鍵在于激光器調諧精度以及吸收譜線測量精度，在應用中，如可調諧激光吸收光譜測量中所用的激光器光器動態調諧過程中連續可調范圍和調諧速率、線寬、功率、邊模抑制比等光譜特性對整體系統的性能有著非常大的影響。在可調諧激光吸收光譜，吸收峰極值點的定位、利用線型檢測溫度和壓強等均受瞬時波長的影響，而瞬時的線寬直接影響二次諧波信號的線型和幅度。在調諧過程中紅，激光器功率變化也會對吸收譜線強度造成一定影響，因此，在吸收譜線二次諧波處理過程中，也需要考慮激光器功率變化及背景扣除，從而提高吸收光譜測量精度。

近年來，激光器瞬態調諧特性的檢測技術應用日益廣泛，T.Okoshi等首次提出雙光束外差法測量激光器的穩態線寬，分辨率可達到50kHz。JayW.Daeson年改進了延時自外差干涉法，進一步提高了測量分辨率。S.Camatel對常用的線寬測量方法進行了比較，指出了長光纖延時線對線寬測量的影響；鞠有倫對2μm單縱模激光器輸出激光頻率的短期不穩定度進行了測量；賈豫東等人對延時自外差法測量激光器線寬的誤差進行了分析及修正。隨著激光器應用場合的擴展，對于其瞬態輸出特特性參數測量精度的要求也越來越高，基于外差相干檢測方法的半導體瞬態輸出特性參數測量研究中，外差相干檢測系統與信號處理分析方法是保證測量精度以及可靠性的關鍵。曹春燕等人利用非平衡光纖干涉儀和頻率噪聲功率譜測量了窄線寬激光器的線寬；馬明祥等對超窄線寬激光器的跳模進行了檢測研究；彭雪峰等分析了兩臺獨立激光器的拍頻線型對線寬測量的影響。

參考文獻：

(1)Okoshi T,Kikuchi K,Nakayama A.Novel method for high resolutionmeasurement of laser output spectrum[J].Electronics letters,1980,16(16):630-631.

(2)Dawson J W,Park N,Vahala K J.An improved delayed self-heterodyneinterferometer for linewidth measurements[J].IEEE Photonics TechnologyLetters,1992,4(9):1063-1066.