[發(fā)明專利]基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112557322A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 高曉明;王坤陽
• 申請（專利權）人: 安徽新譜光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

本發(fā)明公開了一種基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置及方法。裝置主要由依次連接的電腦(1)、任意函數發(fā)生器(2)、溫度電流控制器(3)、激光器、光纖、內置待測氣體的光學諧振腔(10)、光電傳感器(12)和數據采集器(13)組成，其中，激光器為輸出不同波長的第一激光器(4)和第二激光器(5)，光纖為第一光纖(6)和第二光纖(7)；方法包括采集和處理光電傳感器信號，尤為通過電腦生成兩組相同頻率、波形和相位差為180°的鋸齒波信號，以由任意函數發(fā)生器將其轉換為電信號后送往溫度電流控制器，用于控制第一激光器和第二激光器交替輸出激光信號。它可同時進行兩種痕量氣體濃度的高效探測和物質化學成分的精確分析。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣體濃度測量裝置及方法，尤其是一種基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置及方法。

背景技術

探測痕量氣體濃度是當前熱門的科學研究課題，隨著城市工業(yè)化的不斷發(fā)展，石油、煤炭、化工等行業(yè)在生產過程中不斷地產生大量的污染環(huán)境、破壞生態(tài)的有毒有害廢氣。這些氣體在大氣中雖然濃度很低，但是對大氣環(huán)境、全球氣候及人類健康有著潛移默化的影響。如工業(yè)活動排放的過量二氧化碳會導致全球變暖，引起北極冰川消融使該處可燃冰不斷釋放出大量的甲烷，再次引起全球升溫形成連鎖惡性循環(huán)。因此，對于氣體濃度的定量、定性、定源的檢測和分析是十分必要的。

作為吸收光譜技術中的離軸積分腔吸收光譜技術，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好的基礎特性，可對大氣中低濃度氣體進行高精度探測，如中國發(fā)明專利申請CN 110068548 A于2019年7月30日公布的本申請人的《用于離軸積分腔系統(tǒng)中激光器的波長鎖定裝置及其鎖定方法》。該專利申請中提及的鎖定裝置包括輸入端與溫度電流控制器電連接、輸出端與光纖連接的激光器，以及光纖輸出光路上的待測氣體和光電傳感器，其中，待測氣體置于光軸偏離光纖輸出光路的光學諧振腔中，溫度電流控制器與光電傳感器間電連接由依次串接的數據采集分析器件、模擬PID器和加法器，以及輸出端與加法器電連接的鋸齒波發(fā)生器組成的波長鎖定部件；鎖定方法為對激光器采用鋸齒波調制和對采集的信號按含完整待測氣體吸收峰、等長的數據段進行截取，并將截取的首個數據段與后續(xù)增加一個數據點截取的數據段進行線性相關運算，來獲取激光器中心波長的漂移信號。這種波長鎖定裝置及方法雖能將激光器輸出的頻率穩(wěn)定在特定的吸收峰上，以廣泛地用于基于離軸積分腔系統(tǒng)的痕量氣體濃度探測和物質化學成分分析，卻也存在著只能使用一路激光器對氣體進行測量，致使檢測效率低之不足。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種氣體濃度檢測效率高、使用方便的基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置。

本發(fā)明要解決的另一個技術問題為提供一種基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量方法。

為解決本發(fā)明的技術問題，所采用的技術方案為，基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置包括依次連接的溫度電流控制器、激光器、光纖、內置待測氣體的光學諧振腔、光電傳感器和數據采集器，特別是：

所述激光器為輸出不同波長的第一激光器和第二激光器；

所述光纖為連接第一激光器的第一光纖和連接第二激光器的第二光纖；

所述數據采集器和溫度電流控制器間依次連接有電腦和任意函數發(fā)生器，以由電腦發(fā)出兩組相同頻率、波形和相位差為180°的鋸齒波信號，來由任意函數發(fā)生器將其轉換為電信號后送往溫度電流控制器，用于控制第一激光器和第二激光器交替輸出激光信號。

作為基于離軸積分腔系統(tǒng)的雙光路氣體濃度測量裝置的進一步改進：

優(yōu)選地，第一激光器和第二激光器均為分布反饋式半導體激光器。

優(yōu)選地，第一光纖、第二光纖與光學諧振腔間分別置有可調焦距均為7.5mm的第一可調節(jié)聚焦透鏡組、第二可調節(jié)聚焦透鏡組。