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原文传递气体浓度检测方法、装置及系统

专利名称：	气体浓度检测方法、装置及系统
摘要：	本发明实施例公开了一种气体浓度检测方法、装置及系统。其中，方法包括同步控制激光信号驱动装置输出激光调制信号和气体浓度测量装置的PZT压电陶瓷驱动单元输出周期性阶梯分段驱动信号；该驱动信号由多个相同的阶梯波形信号组成，各阶梯波形信号依次包括第一电压稳压段、电压上升段、第二电压稳压段和电压下降段，电压上升段和电压下降段驱动压电陶瓷周期性改变光学谐振腔的腔长，并在各阶梯波形信号的第一电压稳压段和第二电压稳压段控制输出激光调制信号；通过拟合处理利用TDLAS光波动提取技术计算的光波动数据和利用CEAS腔增强检测技术计算的待测气体浓度数据得到去除光波动干扰的气体浓度，在保证气体浓度检测精度的同时提升了系统的易用性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
发明人：	王彪;黄硕;连厚泉;张国军;梁磊;陈超;鹿洪飞;范兴龙;李奥奇;许玥;戴童欣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910802854.4
公开号：	CN110470622A
代理机构：	北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：	刘新雷
分类号：	G01N21/31(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	130033 吉林省长春市长春经济技术开发区东南湖大路3888号
主权项：	1.一种气体浓度检测方法，其特征在于，应用于包括利用CEAS技术计算气体浓度的气体浓度测量装置和利用TDLAS技术动态校正激光光源光波动的光波动信息提取装置的气体浓度检测系统，包括：同步控制激光信号驱动装置输出激光调制信号和所述气体浓度测量装置的PZT压电陶瓷驱动单元输出周期性阶梯分段驱动信号；获取所述光波动信息提取装置计算的光波动数据和所述气体浓度测量装置计算的待测气体浓度数据；拟合处理待测气体浓度数据和所述光波动数据得到去除光波动干扰的气体浓度；其中，所述周期性阶梯分段驱动信号由多个相同的阶梯波形信号组成，各阶梯波形信号依次包括第一电压稳压段、电压上升段、第二电压稳压段和电压下降段，所述电压上升段和所述电压下降段用于驱动PZT压电陶瓷周期性改变光学谐振腔的腔长；所述激光调制信号为在各阶梯波形信号的第一电压稳压段和第二电压稳压段时被输出。 2.根据权利要求1所述的气体浓度检测方法，其特征在于，所述激光调制信号用于对激光光源进行正弦波叠加三角波的谐波调制，以使所述激光光源输出波长扫过待测气体吸收的中心波长。 3.一种气体浓度检测装置，其特征在于，应用于包括利用CEAS技术测量气体浓度信息的气体浓度测量装置和利用TDLAS技术动态校正激光光源光波动的光波动信息提取装置的气体浓度检测系统，包括：信号同步控制模块，用于同步控制激光信号驱动装置输出激光调制信号和所述气体浓度测量装置的PZT压电陶瓷驱动单元输出周期性阶梯分段驱动信号；所述周期性阶梯分段驱动信号由多个相同的阶梯波形信号组成，各阶梯波形信号依次包括第一电压稳压段、电压上升段、第二电压稳压段和电压下降段，所述电压上升段和所述电压下降段用于驱动PZT压电陶瓷周期性改变光学谐振腔的腔长；所述激光调制信号为在各阶梯波形信号的第一电压稳压段和第二电压稳压段时被输出；信息获取模块，用于获取所述光波动信息提取装置计算的光波动数据和所述气体浓度测量装置计算的待测气体浓度数据；气体浓度计算模块，用于拟合处理待测气体浓度数据和所述光波动数据得到去除光波动干扰的气体浓度。 4.一种气体浓度检测系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述气体浓度检测装置、激光信号驱动装置、激光光源、光波动信息提取装置及气体浓度测量装置；其中，所述激光信号驱动装置用于输出激光调制信号调制所述激光光源的输出波长；所述光波动信息提取装置用于利用TDLAS技术动态校正激光光源光波动，提取所述激光光源的光波动数据；所述气体浓度测量装置用于利用CEAS技术计算待测气体的气体浓度。 5.根据权利要求4所述的气体浓度检测系统，其特征在于，还包括光学分束器；所述光学分束器用于将所述激光光源出射的激光信号分为第一束光信号和第二束光信号，并分别出射至所述光波动信息提取装置和所述气体浓度测量装置。 6.根据权利要求5所述的气体浓度检测系统，其特征在于，所述激光信号驱动装置包括激光器驱动单元、直流信号发生单元、调制信号发生单元和信号叠加单元；所述激光器驱动单元与所述气体浓度检测装置相连，并通过信号传输线分别和所述直流信号发生单元和所述调制信号发生单元相连；所述信号叠加单元用于将所述直流信号发生单元和所述调制信号发生单元输出的信号进行叠加后输出至所述激光光源。 7.根据权利要求4-6任意一项所述的气体浓度检测系统，其特征在于，所述激光信号驱动装置用于在周期性阶梯分段驱动信号的各阶梯波形信号的第一电压稳压段和第二电压稳压段时对所述激光光源进行正弦波叠加三角波的谐波调制。 8.根据权利要求4-6任意一项所述的气体浓度检测系统，其特征在于，所述光波动信息提取装置包括已知浓度的标准气体吸收池、第一光电探测器和锁相放大电路；所述第一光电探测器用于采集第一束光信号通过所述标准气体吸收池后的第一光信号；所述锁相放大电路用于提取所述第一光信号的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号计算标准气体的实际浓度，通过对比分析所述实际浓度和所述已知浓度得到所述激光光源的光波动数据，并将所述光波动数据发送至所述气体浓度检测装置。 9.根据权利要求4-6任意一项所述的气体浓度检测系统，其特征在于，所述气体浓度测量装置包括用于充入所述待测气体的光学谐振腔、PZT压电陶瓷、PZT压电陶瓷驱动单元、第二光电探测器和浓度计算模块；所述PZT压电陶瓷在所述PZT压电陶瓷驱动单元的驱动下调节所述光学谐振腔的腔长，以使第二束光信号的波长与所述光学谐振腔的腔长满足将所述第二束光信号耦合至腔内的共振条件；所述第二光电探测器用于采集所述第二束光信号穿过所述光学谐振腔后出射的光强度信息；所述浓度计算模块用于根据所述光强度信息和所述激光光源的工作波长计算得到所述待测气体的气体浓度，并将所述气体浓度发送至所述气体浓度检测装置。 10.根据权利要求9所述的气体浓度检测系统，其特征在于，所述气体浓度测量装置还包括光隔离器；所述光隔离器设置在所述激光光源和所述光学谐振腔之间，用于抑制所述光学谐振腔的光学反馈。
所属类别：	发明专利