[发明专利]一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方法

权利要求书

1.一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于：基于双光轴开放反射式收发光路，结合多个可调制激光器、激光合束技术、光电探测及信号处理技术，实现了多种气体浓度的高精度快速测量；将两路调制激光经光合束后接人准直器发出，合束激光穿过待测空间经角反射镜反射，由光电探测器转换为光电流信号，利用低噪声前置放大电路将光电流信号转换低噪声的电压信号，经放大、滤波等信号处理后，接入高速高位数据采集与处理系统，处理器通过浓度反演算法与定标计算出气体柱浓度并输出。

2.一种基于权利要求1所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于：

（1）采用双光轴开放反射式光路实现激光的发射与接收；

（2）在一个正弦周期内同时获取四种气体的浓度信号；

（3）两路调制激光经光合束后，接入准直器发射；

（4）合束后的准直激光穿过待测空间打在角反射镜上，反射激光在菲涅尔透镜的作用下聚集，经光电探测器转换为光电流信号；光电流信号经放大及滤波处理后，接入高速高位数据采集与处理系统，处理器通过浓度反演算法与定标计算出气体柱浓度并输出；

（5）合束的两路激光调制采用同一正弦信号源K sin（x），一路激光由正弦信号同相放大信号Asin（x）调制驱动，另一路激光由正弦信号的反相放大信号-Bsin（x）调制驱动；

（6）合束反射激光经同一光电探测器探测，共用同一信号处理电路 ；

（7） 该方案给出了四种不同气体的高精度的自平衡式快速测量方案，但不局限于该四种气体的测量，通过更换、增加激光器，可实现更多种浓度气体的同时测量。

3.根据权利要求2所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于，所述的步骤（1）中提到的双光轴开放反射式光路收发方法，其特征在于：

（1）包括有两路结构相同的同轴开放反射式光路；

（2）元件包括有四个半导体激光器、两个激光合束器、两个激光准直器、两个菲涅尔透镜、一个角反射镜、两个滤光片、两个光电探测器、一个指示镭射灯；

（3）激光定焦准直器、菲涅尔透镜、滤光片安装于同心轴上；

（4）激光准直器发射的激光光束与菲涅尔透镜的法线垂直；

（5）指示镭射灯与两路激光准直器平行安装；

（6）探测器之上安装红外带通滤光片。

4.根据权利要求2所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于，所述的步骤（2）中提到的一个正弦周期内可同时获取四种气体的浓度信号，是指采用同一高精度高速率的数据采集芯片，采集一个正弦信号周期后，可同时获取到四种气体的浓度信息。

5.根据权利要求2所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于，所述的步骤（3）中提到的两路调制激光经光合束，是指波长不同的两个激光器，接入2路光合束器后，合并为一束激光发射；该两路激光光功率应相近，其气体的吸收强度应相差不大。

6.根据权利要求2所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，其特征在于，所述的步骤（5）中提到的同一正弦信号源sin（x），是由主芯片的DA输出产生的正弦波，分别经过同相、反相放大电路驱动两路不同的激光器，该驱动调制信号具有相同的频率、相位的特征。

7.根据权利要求2所述的一种高精度的自平衡式快速多组分气体激光检测方案，不仅仅局限于所列举的四种气体的检测，通过更换、增加不同波长的半导体激光器，可实现其他多种有毒、危险气体的同时检测。