[發明專利]一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202011056389.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112461786A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 苗揚;王偉平;梅劍峰;李小峰;盧夏;郭金鑫;張小軍;孔維東
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01L11/02;G01K11/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測系統，其特征在于：該系統包括具有光頻率梳的氣室、系統主機和光纖；氣室、系統主機通過光纖或者數據線連接；系統主機內安裝有上位機測量軟件；所述氣室為密閉，且具有光纖接口；所述系統主機采用可調諧半導體激光吸收光譜技術TDLAS，通過測量氧氣的特定吸收譜線來實現氧氣濃度測量；氣室的光頻率梳放置在氣室中，實時檢測頻率值，并輸入到系統主機中；所述光纖用于提供光源的傳輸；所述上位機測量軟件用以分析系統內部MCU中內嵌的運行程序，實現信號處理、數據計算和人機界面中的數據傳輸功能。

2.利用權利要求1所述系統進行的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：根據實驗需要及氧氣的吸收峰的位置選擇激光器，實驗測量時，向氣室中通入氧氣作為待測氣；由系統主機的信號發生器產生調制信號，這里由兩路信號組成，一路是用于改變激光器輸出激光波長的鋸齒波掃描信號，另一路是用于調制驅動信號的高頻正弦調制信號；兩路調制信號疊加后輸入到激光驅動器，通過控制激光驅動器的電流和溫度，使得所選氧氣吸收峰在掃描的中心波長處；發出的激光經氣體吸收池被吸收，出射的光信號由探測器探測并轉化為電信號，再由前置放大器放大，最后由鎖相放大器進行諧波檢測；由信號發生器產生的高頻正弦調制信號，作為參考信號輸入到鎖相放大器，通過相敏檢波檢測出二次諧波信號，由數據采集卡采集，并由計算機進行計算處理，在計算機進行處理過程中，由光頻率梳作為TDLAS系統的補償值，從而計算結果。

3.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：選擇中心波長為760.8nm的激光器。

4.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：所述光學頻率梳由鎖模激光器產生，是一種超短脈沖激光。

5.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：系統主機包含操作和控制儀表各功能的電子電路，通過光纖與氣室連接實現光路測量檢測，通過連接線實現數據與上位機通信；半導體激光器發出的激光束從系統主機射出，通過光纖耦合傳輸至氣室進行檢測，在氣室內激光束被反射回接收光纖，通過光纖耦合回系統主機被光學傳感器接收，光信號的傳輸是通過氣室上的反射鏡和準直器實現；系統主機與上位機通過連接線通信并實現數據傳輸。

6.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：光纖與光纖之間通過光纖連接器連接。

7.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：所述氣室采用鋁合金材料，且內壁光潔不吸收檢測氧氣頻段的激光。

8.根據權利要求2所述的一種基于TDLAS和光學頻率梳的航空氧氣檢測方法，其特征在于：所述上位機測量軟件用于完成系統標定及測量數據傳送，并分析系統內部MCU中內嵌的運行程序，實現信號處理、數據計算和人機界面中的數據傳輸功能。