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原文传递一种痕量气体的探测方法及探测装置

专利名称：	一种痕量气体的探测方法及探测装置
摘要：	本申请提供了一种痕量气体的探测方法及探测系统，其中，所述痕量气体的探测方法将待测气体充填于谐振腔中，利用谐振腔一方面增强入射到谐振腔中的探测光线的激光功率，提升待测痕量气体分子跃迁的饱和参数；另一方面增强待测痕量气体的有效吸收程，从而提高对待测痕量气体的微弱吸收的检测灵敏度，获得待测痕量气体的分子饱和吸收光谱，以实现在常温条件下，利用常规的激光器提供的探测光线即可实现对痕量气体的浓度进行探测的目的。并且利用所述痕量气体的探测方法获得的待测痕量气体的分子饱和吸收光谱和待测气体中的背景气体分子的吸收光谱有效分开，从而消除背景气体的干扰，实现对待测痕量气体的探测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	中国科学技术大学
发明人：	胡水明;王进;孙羽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910456370.9
公开号：	CN110160989A
代理机构：	北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：	王宝筠
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
主权项：	1.一种痕量气体的探测方法，其特征在于，包括：提供谐振腔，并在所述谐振腔的腔体内部充填待测气体，所述待测气体中包括待测痕量气体；提供不同频率的探测光线，所述探测光线从所述谐振腔的延伸方向的一端入射到所述谐振腔内部，并从所述谐振腔的延伸方向的另一端出射，以获得携带待测痕量气体信息的探测光线；所述谐振腔的腔体在所述谐振腔的延伸方向上具有伸缩自由度，以使所述谐振腔的纵模频率与入射的探测光线的频率匹配；根据不同频率的携带待测痕量气体信息的探测光线，获取所述待测痕量气体的分子饱和吸收光谱，并根据所述痕量气体的分子饱和吸收光谱，计算所述待测气体中所述待测痕量气体的浓度。 2.一种痕量气体的探测系统，其特征在于，包括：激光发生装置、谐振腔、光电探测装置、反馈控制装置和扫描控制装置；其中，所述谐振腔的腔体内部用于充填待测气体，所述待测气体中包括待测痕量气体；所述谐振腔的腔体在所述谐振腔的延伸方向上具有伸缩自由度；所述激光发生装置，用于在所述反馈控制装置的控制下，提供不同频率的探测光线，所述探测光线从所述谐振腔的延伸方向的一端入射到所述谐振腔内部，并从所述谐振腔的延伸方向的另一端出射，以获得携带待测痕量气体信息的探测光线；所述光电探测装置，用于将携带待测痕量气体信息的探测光线转换为电信号形式的探测信息；所述扫描控制装置，用于记录所述电信号形式的探测信息，和用于控制所述激光发生装置以步进的方式调整出射的探测光线的频率；所述反馈控制装置，用于控制所述激光发生装置出射的探测光线的频率与所述谐振腔的纵模频率匹配。 3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述谐振腔包括：外壳，所述外壳具有相对设置的入射端和出射端；位于所述外壳内部，靠近所述入射端一侧的第一反射镜，所述第一反射镜朝向所述入射端一侧具有增透膜；位于所述外壳内部，靠近所述出射端一侧的第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜的反射面相对设置；与所述第一反射镜相邻设置和/或与所述第二反射镜相邻设置的压电装置；所述压电装置用于根据接收的控制电信号，推动与所述压电装置相邻的第一反射镜和/或第二反射镜移动，以使所述谐振腔的腔体在所述谐振腔的延伸方向上具有伸缩自由度。 4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反馈控制装置包括：射频信号源、检相装置和PID放大装置；其中，所述射频信号源，用于产生正弦射频信号；所述检相装置，用于根据所述正弦射频信号，将电信号形式的探测信息转换为误差信号；所述PID放大装置，用于将所述误差信号，转换为反馈锁定信号，以使所述激光发生装置出射的探测光线的频率与所述谐振腔的纵模频率匹配。 5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光发生装置包括：激光器、频率调制装置和耦合透镜；所述激光器，用于产生激光；所述频率调制装置，用于根据所述反馈锁定信息，对所述激光器产生的激光进行调制，以获得频率与所述谐振腔的纵模频率匹配的探测光线；所述耦合透镜，用于对所述探测光线进行耦合后向所述谐振腔入射。 6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述频率调制装置为电光调制器。 7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述扫描控制装置包括：信息存储装置和频率扫描装置；其中，所述信息存储装置，用于记录所述电信号形式的探测信息；所述频率扫描装置，用于产生控制电信号，并向所述激光器传输。 8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述扫描控制装置还用于，根据记录的所述电信号形式的探测信息，获取所述待测痕量气体的分子饱和吸收光谱，并根据所述痕量气体的分子饱和吸收光谱，计算所述待测气体中所述待测痕量气体的浓度。 9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光电探测装置包括：透镜匹配模块和光电探测模块；其中，所述透镜匹配模块，用于匹配所述光电探测装置内部光场的空间模式；所述光电探测模块，用于将携带待测痕量气体信息的探测光线转换为电信号形式的探测信息。
所属类别：	发明专利