【技术实现步骤摘要】
本申请涉及气体浓度测量领域，尤其涉及一种腔衰荡光谱多气体检测设备与方法。
技术介绍
1、腔衰荡光谱(crds)具有极高的气体浓度测量灵敏度，广泛应用于温室气体监测、工业过程气体分析、半导体特气纯度检测等。crds一般采用激光作为光源，由于波长调谐范围较窄，单一激光器常用于检测单一气体，多气体通常需采用多个激光器。由于crds腔体价格昂贵，因此采用一个腔体，多个激光器切换测量的方式实现多气体检测是较常见的方案(如美国picarro公司和tiger optics公司)，而多个激光器的切换与快速关断是多气体crds测量的关键。对于多激光器的切换，有研究者采用机械(如采用压电陶瓷)旋转控制激光束方向来实现多激光器的切换，从而使多个激光器与腔内模式分时耦合，但该方法切换速度慢，且对机械控制精度要求高。也有研究者采用光波导(如铌酸锂光波导)，对每一路波导单独控制以实现多激光的切换。光波导波长范围通常为通讯波段(1550nm)，波长范围一般几十纳米，难以实现更宽波长范围的多个激光器耦合，且在输入光功率较大时需要增加可编程衰减器以防波导损坏，整个系统价格昂贵。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有的技术方案难以满足多气体短时、分时且准确检测的需求。本申请提供了一种多气体crds检测方法，通过n个逻辑电平与触发信号相与的信号来控制n个光开关的方式，既可实现n个激光器切换(即选择性输出某个波长的激光，每个波长的激光器互相无干扰)又能实现单一激光的快速关断(形成单指数衰荡信号)，从而实
2、本申请具体技术方案如下：
3、1.一种腔衰荡光谱气体含量检测设备，其中，包括：
4、衰荡腔，其用于填充待测气体以及用于产生衰荡信号；
5、激光器，其能够基于衰荡腔内所述气体的种类产生与所述气体对应的相应波长的激光；
6、光路控制模块，其设置在激光器和衰荡腔设备之间，用于切断或连通所述激光器产生的光；
7、探测器，其用于检测衰荡腔中产生的光信号；
8、脉冲和电平控制模块，其包括逻辑电平，所述脉冲和电平控制模块接收来自所述探测器的信号，并产生脉冲信号，所述逻辑电平与所述脉冲信号共同控制所述光路控制模块；
9、信号采集处理控制模块，其用于接收并处理探测器产生的信号，并输出所述气体含量检测结果。
10、2.根据项1所述的设备，其中，所述逻辑电平与所述脉冲信号共同控制所述光路控制模块包括：
11、所述脉冲信号经过脉冲和电平控制模块中的反向电路处理后，与所述逻辑电平通过逻辑门进行比对，进而控制所述光路控制模块。
12、3.根据项1所述的设备，其中，所述光路控制模块包括光开关和光合束器，所述光开关用于切断或连通所述激光器产生的光。
13、4.根据项1所述的设备，其中，所述逻辑电平在高电平与低电平之间变化，所述逻辑电平的变化根据时间轴设置。
14、5.根据项1所述的设备，其中，所述脉冲和电平控制模块还包括编程模块，所述编程模块用于设置逻辑电平。
15、6.根据项1或3所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关和所述逻辑电平的数量可以为一个或两个以上。
16、7.根据项6所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关、所述逻辑电平的数量相等，且在数量上大于或等于待测气体中包括的气体种类的数量。
17、8.根据项1所述的设备，其中，所述气体的体积百分比浓度在1ppb至1000ppm。
18、9.根据项8所述的设备，其中，所述气体为吸附性气体、腐蚀性气体、强酸性气体、强碱性气体中的一种或两种以上。
19、10.一种腔衰荡光谱气体含量检测方法，其中，包括：
20、向衰荡腔内通入待测气体；
21、确定衰荡腔内所述气体的种类以及产生与所述气体对应的相应波长激光的激光器，以及激光器的数量；打开一个光开关并使激光通过衰荡腔，其他光开关关闭，与衰荡腔相连的探测器检测到光信号后，向脉冲和电平控制模块传递电信号；
22、脉冲和电平控制模块接收到来自探测器的信号后，瞬间关闭打开的激光器或者阻断激光进入衰荡腔，其他光开关不受影响，仍然处于长期关闭状态；
23、探测器随后检测到光衰荡信号，并将光衰荡信号发送至信号采集处理控制模块，信号采集处理控制模块随后输出结果。
24、11根据项10所述的方法，其中，所述方法重复n次，n为大于或等于1的正整数，且n的数值大于或等于待测气体包括的气体种类的数量。
25、12.根据项10所述的检测方法，其使用如项1-9中任一项所述的设备进行气体含量检测。
26、13.项1所述的设备，或项10所述的方法，在气体含量检测中的应用。
27、本申请的有益效果如下
28、1.多个激光器的切换与快速关断方式更加经济有效，系统集成度高。具有设计简单、价格低、体积小，集成度高的优点。此外，光开关、波分复用器为光通信行业常见产品，可采用光纤输入输出，具有装调简单、小型化的优点。
29、2.无需对待测气体进行预处理。采用多激光器即可直接实现基于crds的多气体分时检测，因此无需对待测气体进行分离。
30、3.采用外部开关，因此无需关闭任何一个激光器，测量过程中可保证所有激光器电流和温度不变，所有激光器波长稳定性得到保证，不会降低crds检测精度和激光器寿命。
31、4.采用逻辑电平的精确控制，可以严格保证只有一个激光器进行测量，不会有多个激光器光输入衰荡腔导致模式混叠的现象，避免降低衰荡信号信噪比的风险。
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1.一种腔衰荡光谱多气体含量检测设备，其中，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逻辑电平与所述脉冲信号共同控制所述光路控制模块包括：
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光路控制模块包括光开关和光合束器，所述光开关用于切断或连通所述激光器产生的光。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逻辑电平在高电平与低电平之间变化，所述逻辑电平的变化根据时间轴设置。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲和电平控制模块还包括编程模块，所述编程模块用于设置逻辑电平。
6.根据权利要求1或3所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关和所述逻辑电平的数量可以为一个或两个以上。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关、所述逻辑电平的数量相等，且在数量上大于或等于待测气体中包括的气体种类的数量。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气体的体积百分比浓度在1ppb至1000ppm。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述气体为吸附性气体、腐蚀性气体、强酸性气体、
10.一种腔衰荡光谱多气体含量检测方法，其中，包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法重复N次，N为大于或等于1的正整数，且N的数值大于或等于待测气体包括的气体种类的数量。
12.根据权利要求10所述的检测方法，其使用如权利要求1-9中任一项所述的设备进行气体含量检测。
13.权利要求1所述的设备，或权利要求10所述的方法，在气体含量检测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种腔衰荡光谱多气体含量检测设备，其中，包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逻辑电平与所述脉冲信号共同控制所述光路控制模块包括：
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光路控制模块包括光开关和光合束器，所述光开关用于切断或连通所述激光器产生的光。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逻辑电平在高电平与低电平之间变化，所述逻辑电平的变化根据时间轴设置。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述脉冲和电平控制模块还包括编程模块，所述编程模块用于设置逻辑电平。
6.根据权利要求1或3所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关和所述逻辑电平的数量可以为一个或两个以上。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述激光器、所述光开关、...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振，敖小强，张倩暄，卞玉倩，李刚，谢政，夏宇飞，
申请(专利权)人：北京雪迪龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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