[发明专利]激光程控气体浓度检测系统及检测方法有效
申请号: | 200910237838.1 | 申请日: | 2009-11-11 |
公开(公告)号: | CN102062722A | 公开(公告)日: | 2011-05-18 |
发明(设计)人: | 孙可;谢亮;鞠昱;韩威;王欣;祝宁华 | 申请(专利权)人: | 中国科学院半导体研究所 |
主分类号: | G01N21/17 | 分类号: | G01N21/17;G01N21/00 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司 11021 | 代理人: | 汤保平 |
地址: | 100083 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 激光 程控 气体 浓度 检测 系统 方法 | ||
1.一种激光程控气体浓度检测系统,包括:
一程序控制处理器;
一程控电流源,该程控电流源可以输出直流电源或是在输出的直流电源上叠加高频信号,该程控电流源通过连线与程序控制处理器通讯,该程控电流源给长波长激光器供电;
一柱形气室,该柱形气室的腔为开放性结构,与环境气体联通,该柱形气室的一端的中心安装有法兰装置;
一长波长激光器,该长波长激光器的一端通过光纤将光耦合进柱形气室的法兰中,该长波长激光器的另一端与程控电流源连接;
一光电探测器,该光电探测器安装在柱形气室的另一端,该光电探测器安装的位置应与法兰处耦合进来的激光准直;
一微电流检测计,该微电流检测计采集光电探测计上的电流信号,该微电流检测计与程序控制处理器通讯;
一信号发生器,该信号发生器将调制信号加载在程控电流源上,该信号发生器与程序控制处理器通讯;
一锁相放大器,该锁相放大器采集光电探测计上的信号,该锁相放大器与程序控制器通讯。
2.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中该程序控制处理器为一计算机或为一处理器芯片。
3.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中程控电流源为一电流源电路。
4.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中微电流检测计为一AD采样芯片电路。
5.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中信号发生器为一正弦信号发生芯片电路。
6.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中锁相放大器为一数字锁相环电路。
7.根据权利要求1所述的激光程控气体浓度检测系统,其中长波长激光器的波长选择依据待测气体的吸收谱而定,其波长为选择待测气体的强吸收峰处的波长。
8.一种激光程控气体浓度检测系统的检测方法,该检测方法采用如权利要求1所述的检测系统,包括如下步骤:
步骤1:关闭信号发生器,通过程控电流源,在长波长激光器工作的线性区,由低到高连续步进输出电流,通过检测微电流检测计上探测到的光电流的低谷的位置,计算锁定波长,令程控电流源在该位置输出直流电流;
步骤2:程序控制处理器连续接收微电流检测计传递的信号,通过直接测量法得到气体的浓度C;
步骤3:当计算得到的值大于等于一比对值的时候,返回步骤2;
步骤4:当计算得到的值小于一比对值的时候,打开信号发生器,为程控电流源加调制信号,用锁相放大器检测光电探测器探测到的信号的谐波成分,通过谐波测量法计算光电流的二次谐波成分和一次谐波成分之比,来计算气体浓度C;
步骤5:当二次谐波成分和一次谐波成分之比计算得到的值小于一比对值的时候,返回步骤4;
步骤6:当计算得到二次谐波成分和一次谐波成分之比的值大于等于一比对值的时候,关闭信号发生器,返回步骤2。
9.根据权利要求8所述的激光程控气体浓度检测系统的检测方法,其中直接测量法浓度C计算的公式为I(λ)=I0(λ)exp(-αCL),其中I(λ)为检测到的光电流,I0(λ)为无吸收时的光电流,α为吸收强度,L为柱形气室3长度,C为待测气体浓度。
10.根据权利要求8所述的激光程控气体浓度检测系统的检测方法,其中参数I0(λ)、α、k均可在系统正式应用前通过定标的方法得到,并固化到程序控制处理器中。
11.根据权利要求8所述的激光程控气体浓度检测系统的检测方法,其中信号发生器加在程控电流源上的调制电流幅度为程控电流源输出的直流幅度的10%-15%,频率为几k千赫兹,并可根据具体效果调整,当确定后,该参数不再变,并作为固定参数固化在程序控制处理器中。
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