一种TDLAS气体浓度监测系统及气体吸收池技术方案

本实用新型专利技术提出一种TDLAS气体浓度监测系统及气体吸收池，包括激光器和分束器，激光器与分束器的入射端对应，分束器的出射端分别与激光频率稳定光路和气体浓度监测光路连接，激光频率稳定光路的稳定光路入射光与气体吸收池的中心轴对应，气体浓度监测光路的监测光路入射光与气体吸收池的偏心轴对应。有益效果是：在气体浓度监测系统中，激光通过分束器分为两束，一束激光从气体吸收池的中心轴处射入，经过腔镜反射后通过偏振分光棱镜进入光电探测器Ⅰ，然后经反馈电路处理后反馈给激光器，实现激光频率的长期稳定；另一束激光从气体吸收池的偏心轴射入，经过透射后进入光电探测器Ⅱ，然后经反演计算电路计算得出气体浓度信息。息。息。

【技术实现步骤摘要】
一种TDLAS气体浓度监测系统及气体吸收池


[0001]本技术涉及气体浓度监测
，特别是指一种TDLAS气体浓度监测系统及气体吸收池。

技术介绍

[0002]可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS），具有非接触性、高选择性、高灵敏性、在线响应速度快、环境适应性强等特点。其原理是通过电流和温度调谐半导体激光器的输出波长，扫描被测气体的某一条吸收谱线，通过检测吸收光谱的吸收强度获得被测气体的浓度。不同的原子、离子和分子都有其特征吸收谱线，通过吸收谱线可以准确无误的辨别待测样品的种类，吸收谱线的强弱可以推算出气体的含量。TDLAS技术采用的光源主要有外腔式半导体激光器、分布反馈式激光器。激光器受温度、气压、振动等因素的干扰，其输出的激光中心频率随着时间漂移，每小时约为90MHz。在实际测量系统中若不进行中心波长校正，将造成序列光谱数据重叠、处理后的光谱线型发生展宽，进而对光谱线型拟合产生影响，最终导致气体浓度的反演精度下降。

技术实现思路

[0003]本技术提出一种TDLAS气体浓度监测系统及气体吸收池，解决了现有技术中激光频率随时间漂移，影响气体浓度的反演精度的问题。
[0004]本技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种TDLAS气体浓度监测系统，包括激光器和分束器，激光器与分束器的入射端对应，分束器的出射端分别与激光频率稳定光路和气体浓度监测光路连接，激光频率稳定光路的稳定光路入射光与气体吸收池的中心轴对应，气体浓度监测光路的监测光路入射光与气体吸收池的偏心轴对应。稳定光路入射光进入气体吸收池，此时气体吸收池作为参考腔，保证激光频率的长期稳定；监测光路入射光进入气体吸收池，通过气体吸收池透射信号反演计算出气体吸收池内气体浓度信息。
[0006]所述激光频率稳定光路包括电光调制器、偏振分光棱镜和光电探测器Ⅰ，稳定光路入射光依次通过电光调制器和偏振分光棱镜进入气体吸收池，气体吸收池发出的稳定光路反射光经过偏振分光棱镜进入光电探测器Ⅰ，分束器分出的激光进入电光调制器进行相位调制形成稳定光路入射光，稳定光路入射光经过偏振分光棱镜从气体吸收池的中心轴处入射到气体吸收池内，稳定光路入射光在气体吸收池内反射后形成稳定光路反射光，稳定光路反射光经过偏振分光棱镜进入光电探测器Ⅰ，然后通过混频器将稳定光路反射光与电光调制器驱动信号混频后得到误差信号。
[0007]所述光电探测器Ⅰ的输出端通过反馈电路与激光器连接。所述反馈电路包括积分电路和锁频电路。光电探测器Ⅰ将误差信号通过积分电路和锁频电路处理后反馈给激光器，实现激光频率稳定。
[0008]所述气体浓度监测光路包括声光调制器和光电探测器Ⅱ，监测光路入射光依次经
过声光调制器和气体吸收池进入光电探测器Ⅱ，光电探测器Ⅱ的输出端与反演计算电路连接。分束器发出的激光经过声光调制器进行波长扫描和频率调制，调制后的激光从气体吸收池偏心轴射入气体吸收池，经过气体吸收池折射后的透射部分被光电探测器Ⅱ接收，然后经过反演计算电路计算得出气体浓度信息。
[0009]一种用于所述TDLAS气体浓度监测系统的气体吸收池，包括主体，主体的两端设有相对放置的凹面反射镜，主体与凹面反射镜配合形成空腔。空腔即作为参考腔又作为气体吸收腔，使用一个气体吸收池实现激光频率稳定和气体浓度监测两个功能，在能够保证激光长期稳定的情况下，简化系统复杂程度，提供便携性。
[0010]所述主体的两端分别设有进气口和出气口，进气口和出气口均与空腔连通，气体从进气口进入空腔内，从出气口排出。
[0011]所述主体为铟钢管，且铟钢管的长度和直径均为100mm。利用铟钢材料的低热膨胀系数性能，降低热辐射，提高吸收池的稳定性。
[0012]所述主体的外圆上设有水平台阶。台阶用来对主体进行支撑，便于气体吸收池的安装和使用。
[0013]本技术产生的有益效果是：在气体浓度监测系统中，激光通过分束器分为两束，一束激光从气体吸收池的中心轴处射入，经过腔镜反射后通过偏振分光棱镜进入光电探测器Ⅰ，然后经反馈电路处理后反馈给激光器，实现激光频率的长期稳定；另一束激光从气体吸收池的偏心轴射入，经过透射后进入光电探测器Ⅱ，然后经反演计算电路计算得出气体浓度信息；在气体浓度监测系统中，气体吸收池即作为参考腔，又作为气体吸收腔，一腔两用，有效降低了系统复杂程度，有利于系统的集成。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为一种TDLAS气体浓度监测系统示意图。
[0016]图2为气体吸收池剖视图。
[0017]图3为气体吸收池侧视图。
[0018]图中：1
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激光器，2
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分束器，3
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电光调制器，31
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稳定光路入射光，32
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稳定光路反射光，4
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声光调制器，41
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监测光路入射光，5
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偏振分光棱镜，6
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光电探测器Ⅰ，7
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气体吸收池，71
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主体，72
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空腔，73
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凹面反射镜，74
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进气口，75
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出气口，76
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水平台阶，8
‑
光电探测器Ⅱ。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0020]实施例1，如图1所示，一种TDLAS气体浓度监测系统，包括激光器1和分束器2，激光
器1与分束器2的入射端对应，激光器1产生激光并射入分束器2内，分束器2将一束激光分为两束激光，分束器2的出射端分别与激光频率稳定光路和气体浓度监测光路连接，激光频率稳定光路的稳定光路入射光31与气体吸收池7的中心轴对应，气体浓度监测光路的监测光路入射光41与气体吸收池7的偏心轴对应。一束激光进入激光频率稳定光路，并从气体吸收池7的中心轴射入，激光频率稳定光路测得激光误差信号，再反馈至激光器保证激光频率的稳定；另一束激光进入气体浓度监测光路，并从气体吸收池7的偏心轴射入，气体浓度监测光路通过激光的透射部分反演计算得出气体浓度。
[0021]进一步，激光频率稳定光路包括电光调制器3、偏振分光棱镜5和光电探测器Ⅰ6，稳定光路入射光31依次通过电光调制器3和偏振分光棱镜5进入气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TDLAS气体浓度监测系统，包括激光器（1）和分束器（2），其特征在于，激光器（1）与分束器（2）的入射端对应，分束器（2）的出射端分别与激光频率稳定光路和气体浓度监测光路连接，激光频率稳定光路的稳定光路入射光（31）与气体吸收池（7）的中心轴对应，气体浓度监测光路的监测光路入射光（41）与气体吸收池（7）的偏心轴对应。2.根据权利要求1所述的TDLAS气体浓度监测系统，其特征在于，激光频率稳定光路包括电光调制器（3）、偏振分光棱镜（5）和光电探测器Ⅰ（6），稳定光路入射光（31）依次通过电光调制器（3）和偏振分光棱镜（5）进入气体吸收池（7），气体吸收池（7）发出的稳定光路反射光（32）经过偏振分光棱镜（5）进入光电探测器Ⅰ（6）。3.根据权利要求2所述的TDLAS气体浓度监测系统，其特征在于，光电探测器Ⅰ（6）的输出端通过反馈电路与激光器（1）连接。4.根据权利要求3所述的TDLAS气体浓度监测系统，其特征在于，反馈电路包括积分电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：商俊娟，马俊亚，张梦娇，竹显伟，张浩，胡建东，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：新型
国别省市：