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原文传递一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法

专利名称：	一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法
摘要：	本发明涉及激光检测领域，提出一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法，以解决多种气体测量的技术问题，包括如下步骤：采用1.9μm的单掺铥固体激光器泵浦Ho晶体，获得2μm波段的近红外激光输出；控制2μm波段激光的出光角度，使其在第一出射角度下射入第一检测池，对所述第一检测池中的甲烷气体浓度进行检测；控制2μm波段激光的出光角度，生成3‑5μm中红外激光，使3‑5μm中红外激光射入第二检测池，对所述第二检测池中的氨气和一氧化碳浓度进行检测；控制2μm激光的出光角度，生成6‑12μm远红外激光，使6‑12μm远红外激光射入第三检测池，对所述第三检测池中的二氧化碳、乙炔、乙烯和乙烷气体浓度进行检测。
专利类型：	发明专利
申请人：	哈尔滨翰奥科技有限公司;中国科学院新疆理化技术研究所
发明人：	李林军;潘世烈;段小明;申英杰;杨玉强;张方方
专利状态：	有效
申请日期：	2022-11-03T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-30T00:00:00+0800
申请号：	CN202211369441.X
公开号：	CN115541521A
代理机构：	北京睿驰通程知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张文平
分类号：	G01N21/3504;G01N21/3581;G01N21/359;H01S3/081;H01S3/083;G;H;G01;H01;G01N;H01S;G01N21;H01S3;G01N21/3504;G01N21/3581;G01N21/359;H01S3/081;H01S3/083
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区中山路153号F420室30号;
主权项：	1.一种红外波段激光测量多种气体浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：采用1.9μm的窄线宽单掺铥固体激光器泵浦Ho晶体，获得2μm的窄线宽近红外激光输出；步骤S2：通过电控转镜调节出光角度，设置三个档位，使其在三个档位下分别沿不同方向发射2μm激光；步骤S3：控制2μm激光的出光角度，使其在第一出射角度下射入气体检测池，对所述气体检测池中的甲烷气体浓度进行检测；步骤S4：控制2μm激光的出光角度，使其在第二出射角度下射入第一四镜环形谐振腔，与所述第一四镜环形谐振腔内的第一非线性晶体耦合，生成3-5μm中红外激光，使3-5μm中红外激光射入气体检测池，对所述气体检测池中的氨气和/或一氧化碳浓度进行检测；步骤S5：控制2μm激光的出光角度，使其在第三出射角度下射入第二四镜环形谐振腔，与所述第二四镜环形谐振腔内的第二非线性晶体耦合，生成6-12μm远红外激光，使6-12μm远红外激光射入气体检测池，对所述气体检测池中的二氧化碳、乙炔、乙烯和/或乙烷气体浓度进行检测。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一四镜环形谐振腔包括：沿光路依次设置的第一输入镜、第一反射镜、第二反射镜和第一输出镜，其中，第一输入镜镀2μm高透和3-5μm高反膜，第一反射镜和第二反射镜镀3-5μm高反膜，第一输出镜镀3-5μm部分透射膜。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二四镜环形谐振腔包括：沿光路依次设置的第二输入镜、第三反射镜、第四反射镜和第二输出镜，其中，第二输入镜镀2μm高透和6-12μm高反膜，第三反射镜和第四反射镜镀6-12μm高反膜，第二输出镜镀6-12μm部分透射膜。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：从所述气体检测池射出的检测光射入光谱仪，获得各检测光的光谱；对所述光谱仪中的光谱分析后确定所述气体检测池中甲烷气体浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、乙炔浓度、乙烯浓度和/或乙烷浓度。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电控转镜包括电控平台以及设置于所述电控平台上的三棱镜，通过所述电控平台微调所述三棱镜的角度，使得入射到所述三棱镜同一面上的入射光角度发生变化，从而控制从所述三棱镜的另一个出光面上分别沿不同方向发射2μm激光。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电控转镜包括电控平台以及设置于所述电控平台上的三面体转镜，通过所述电控平台调控所述三面体转镜的角度，使得入射到所述三面体转镜的每一面上的入射光角度发生变化，从而控制从所述三面体转镜分别沿不同方向发射2μm激光。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述三面体转镜包括转轴以及围绕所述转轴设置的三块转镜，所述转镜的镜面朝向与所述转轴相反的一侧，其中两块转镜的镜面与所述转轴所形成的夹角的朝向不同。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：其中一块转镜的镜面与所述转轴平行。 9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：通过所述电控平台调控所述三面体转镜的旋转速度，使得入射到所述三面体转镜的每一面上的入射光角度发生连续变化，从而控制从所述三面体转镜分别沿不同方向顺序发射2μm激光。 10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对所述光谱仪中的光谱分析后确定所述气体检测池中甲烷气体浓度、氨气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、乙炔浓度、乙烯浓度和/或乙烷浓度，包括：通过所述光谱仪获得三个波长下的吸收光谱，基于所述吸收光谱获得对应波长的吸收参数；基于所述吸收参数计算多种气体中的各种气体的浓度，各气体浓度满足如下公式：，M为气体的浓度，c为光速，h为普朗克常量，为气体吸收峰的频率，为对应气体的吸收峰波长，B为气体吸收跃迁常数，L为气体样品池的长度，S为气体吸收峰所围的面积。