[发明专利]一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，即涉及一种内腔式的、基于光声光谱气体检测技术的气体检测系统，属光纤气体检测技术领域。

技术背景

工业生产过程中，往往需要对某些气体进行定性甚至定量分析以确保生产安全。而针对一些痕量气体则需要高灵敏度的气体检测装置，目前，常用气体检测方法主要有电化学法、红外光谱法以及气相色谱法等，其中红外光谱法一直备受关注，其关键技术有直接光谱吸收技术、差分吸收技术、基于波长扫描的差分吸收技术、谐波检测技术、内腔式光谱吸收技术以及光声光谱技术。传统的吸收技术由于气体有效吸收光程有限，所以其检测灵敏度不会很高；内腔式光谱吸收技术将气室置于光纤激光器谐振腔内，利用激光往返振荡大大增加气体有效吸收光程，但该技术仍依赖波长扫描技术，需在强背景噪声中提取极微弱的有效信号，使得提高探测灵敏度受到一定的限制；光声光谱检测技术直接测量气体吸收的光能，可以探测极微弱的吸收，具有较高灵敏度，但现有研究均是基于成品激光器耦合输出的激光作为激发光源，耦合过程损耗很大一部分光能。

《中国激光》，2009年，36卷9期，2384-2387页，作者为贾大功、刘琨、井文才、汪讌、张红霞、张以谟，题为《基于环腔光纤激光器的气体检测方法》的文章提出一种基于光纤激光器内腔设计的气体检测系统，该系统采用波长扫描技术使光纤激光器输出波长覆盖多个气体吸收峰，通过对多吸收峰反演浓度取平均值的方法得出对应气体浓度，该方法相对于利用单个吸收峰来说在检测灵敏度和精度上都有所提升，然而基于波长扫描技术的直接光谱吸收本身就存在灵敏度低的缺陷，而且传统气室为能增加有效吸收光程其尺寸一般不会做太小，这将使得在未来形成产品时存在体积大的缺点。

发明内容

为克服现有相关技术的不足，本发明设计了一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统。

本发明系统由以下技术方案来实现：

一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，包括泵浦光源、波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、气室、输入耦合镜、输出耦合镜、石英音叉、调Q开关、光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡、锁相放大器、计算机；其特征在于所述泵浦光源输出端接波分复用器对应输入端，波分复用器复合端接稀土掺杂光纤的一端，稀土掺杂光纤的另一端接光隔离器输入端；输入耦合镜与输出耦合镜的光轴对准分别放置于气室内的前后端；光隔离器输出端接气室内放置的输入耦合镜，输出耦合镜接调Q开关的输入端，调Q开关的输出端接光纤耦合器的输入端，光纤耦合器分光为90%的一输出端接波分复用器对应的另一输入端，光纤耦合器分光为10%的一输出端接光电探测器光输入端；光电探测器信号输出端接数据采集卡的模拟输入端A；石英音叉置于气室内的输入耦合镜和输出耦合镜之间，石英音叉的信号输出端接锁相放大器信号输入端，锁相放大器的参考信号输入端接数据采集卡的模拟输出端B，锁相放大器的输出端接数据采集卡的模拟输入端B；数据采集卡的模拟输出端A接调Q开关的控制输入端；数据采集卡的信号输入端口通过数据线连接至计算机；

所述波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、置入输入、输出耦合镜的气室、调Q开关、光纤耦合器构成光纤激光器的环形腔。

所述泵浦光源为半导体激光器。

所述的稀土掺杂光纤为掺铒光纤或掺镱光纤或掺铥光纤或铒镱共掺光纤。

所述石英音叉为32.768KHz脱去真空壳的柱形晶振。

所述的光电探测器为铟镓砷光电探测器。

所述的调Q开关、波分复用器、光隔离器、光纤耦合器、输入耦合镜、输出耦合镜均为普通商用激光调Q技术、光纤传感或光通讯器件。

所述的用于探测光声信号的石英音叉位于光纤激光器环形腔内部，光声信号产生于光纤激光器腔内；且光纤激光器腔内脉冲强度比激光器输出脉冲强度大，因此腔内产生的光声信号较输出激光在腔外可激发的光声信号强，检测灵敏度高。

所述气室可做到很小，需要待测气体样本很少。