一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111504911A(43)申请公布日2020.08.07(21)申请号202010351129.2(22)申请日2020.04.28(71)申请人武汉豪迈光电科技有限公司地址430000湖北省武汉市东湖新技术开发区武大科技园武大园一路11号(72)发明人马锋蒋亚超刘锡银陈前臣(74)专利代理机构武汉蓝宝石专利代理事务所(特殊普通合伙)42242代理人谢洋(51)Int.Cl.G01N21/17(2006.01)G01N21/39(2006.01)G01N21/01(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法(57)摘要本发明提供一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法，该系统包括：激光输入模块：激光器产生的激光经过光纤隔离器后进入耦合器，将一束激光作为稳频器的输入光进入标准气体吸收气室；光强调制模块：将激光器输出激光的中心频率与气体吸收峰中心频率的偏移量转化为光强调制信号后，通过光电探测器接收；反馈调节模块：通过鉴相器对检测信号与调制信号进行相位鉴别，将鉴相器的输出信号作为误差信号以调节激光器输出激光的中心频率。基于该方案可以无需低频扫描，有效避免波形畸变，抑制低频强度调制引起的不规则背景噪声，并提高低浓度气体检测的检测极限。CN111504911ACN111504911A权利要求书1/1页1.一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统，其特征在于，包括：激光输入模块：激光器产生的激光经过光纤隔离器后进入耦合器分为两束光，一束作为稳频系统的输出光，另一束作为稳频器的输入光进入标准气体吸收气室；光强调制模块：将激光器输出激光的中心频率与气体吸收峰中心频率的偏移量转化为光强调制信号后，通过光电探测器接收所述光强调制信号；反馈调节模块：通过鉴相器对检测信号与调制信号进行相位鉴别，将鉴相器的输出信号作为误差信号反馈至直流电源以改变激光器输出激光的中心频率。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述将激光器输出激光的中心频率与气体吸收峰中心频率的偏移量转化为光强调制信号包括：若入射激光的振荡频率大于吸收线中心频率，则光强与调制信号同相位；若入射激光的振荡频率小于吸收线中心频率，则光强与调制信号反相位。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈调节模块还包括：调制单元，用于采用三次谐波锁定技术调制激光频率，使相敏检波在三倍频下工作，以闭环控制得到频率稳定的激光器。4.一种基于稳频激光光声光谱的气体检测方法，其特征在于，包括：激光器产生的激光经过光纤隔离器后进入耦合器分为两束光，一束作为稳频系统的输出光，另一束作为稳频器的输入光进入标准气体吸收气室；将激光器输出激光的中心频率与气体吸收峰中心频率的偏移量转化为光强调制信号后，通过光电探测器接收所述光强调制信号；通过鉴相器对检测信号与调制信号进行相位鉴别，将鉴相器的输出信号作为误差信号反馈至直流电源以改变激光器输出激光的中心频率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将激光器输出激光的中心频率与气体吸收峰中心频率的偏移量转化为光强调制信号包括：若入射激光的振荡频率大于吸收线中心频率，则光强与调制信号同相位；若入射激光的振荡频率小于吸收线中心频率，则光强与调制信号反相位。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过鉴相器对检测信号与调制信号进行相位鉴别，将鉴相器的输出信号作为误差信号反馈至直流电源以改变激光器输出激光的中心频率还包括：采用三次谐波锁定技术调制激光频率，使相敏检波在三倍频下工作，以闭环控制得到频率稳定的激光器。2CN111504911A说明书1/4页一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法技术领域[0001]本发明涉及光声光谱技术领域，尤其涉及一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法。背景技术[0002]目前，激光光声光谱气体检测系统的DFB激光器工作在波长调制方式，即其工作电流叠加高频正弦波，检测二次谐波光声信号可以获得很高的灵敏度。由于激光器受内部性质和外部环境影响存在波长漂移，而气体吸收带宽非常窄，需要对DFB激光器进行低频调制，即在其工作电流上叠加一个低频三角波，以保证波长扫描范围覆盖气体吸收谱线。然而，这种方法容易受到激光器强度调制而产生波形崎变和不规则背景噪声的影响，且低频扫描会限制气体检测带宽。发明内容[0003]有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法，以解决现有对激光器进行低频调制的气体检测方法易受激光器强度调制产生波形畸变和不规则背景噪声影响，且气体检测带宽带宽受限的问题。[0004]在本发明实施例的第一方面，提供了一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统