[發明專利]一種基于無鎖相雙光梳吸收光譜的氣體參數測量方法

在審

• 申請號: 202210947877.6
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115165781A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 徐立軍;張宏宇;曹章;龐應飛;李微卿
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種基于無鎖相雙光梳吸收光譜的氣體參數測量方法，屬于激光吸收光譜技術領域。無鎖相的雙光梳經光纖耦合器分束，一路為測量光路，經光學帶通濾波器和待測氣體后由光電探測器接收；一路為參考光路，經光學帶通濾波器后耦合到光電探測器；無鎖相的雙光梳在光電探測器上產生的干涉信號經低通濾波器濾波后被數據采集卡采集；通過對測量和參考光路的干涉信號做傅里葉變換提取頻譜，通過頻譜互相關提取頻譜抖動并通過頻譜搬移予以補償頻譜抖動，通過多次平均抑制噪聲后獲得原始吸收光譜，最后基于修正的多光譜擬合方法解算待測氣體參數。本發明簡化了氣體參數測量中所需的光頻梳的系統復雜度，可實現寬光譜測量，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種基于無鎖相雙光梳吸收光譜的氣體參數測量方法，屬于激光診斷技術領域，該系統用于激光路徑上氣體溫度、組分濃度的定量測量。

背景技術

作為一種響應快速、靈敏度高、抗干擾的非接觸式測量方法，基于激光吸收光譜的氣體參數測量技術近些年來得到了快速發展，被廣泛應用于燃燒診斷、大氣監測、工業現場等領域。

傳統的激光吸收光譜技術主要使用可調諧二極管激光吸收光譜技術(TunableDiode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)。TDLAS技術中使用的可調諧二極管激光器的波長掃描范圍有限，一般只能覆蓋一種待測氣體的一到兩個特征吸收峰，對于不同的待測組分如H₂O、CO、CO₂和CH₄，需要更換不同波長的激光器來進行測量。TDLAS一般使用比色法測溫，為了使用比色法對溫度進行準確的測量，一般依據測試溫度范圍選擇不少于兩個特征吸收峰，且其低能級能量應有較大的差異，在實際使用中一般使用多個激光器對多個吸收譜線進行掃描。比如，2011年李飛等人發表在《應用光學》(Applied Optics)第50卷第36期6697-6707頁的論文《使用可調諧二極管激光傳感器對超燃沖壓發動機多流動參數特性的同時測量》(Simultaneous measurements of multiple flow parameters forscramjet characterization using tunable diode-laser sensors)使用中心波數為7185cm^-1和7444cm^-1的兩個分布反饋式(Distributed Feedback，DFB)激光器測試了超燃沖壓發動機的三個不同位置的氣流速度、溫度和H₂O濃度三個參數。為了測量多種組分的濃度，也需要選用多個激光器。2009年，G.B.Rieker等人發表在《應用光學》(Applied Optics)第48卷第29期5546頁的論文《無校準波長調制光譜測量氣體溫度和濃度在惡劣的環境》(Calibration-free wavelength-modulation spectroscopy for measurements of gastemperature and concentration in harsh environments)在測試超燃沖壓發動機排氣口的溫度、CO₂、H₂O濃度的過程中使用了六個不同波段的DFB激光器，光柵分光后利用多個探測器接收不同波段的激光信號，增加了系統的復雜程度。