[发明专利]基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法

说明书

本发明涉及光学遥感测量技术领域，尤其涉及一种基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法。本发明通过以下方式实现，激光器1发出的可调谐中红外激光，经望远镜准直2扩束，发射穿过目标区域，由后向反射镜阵列3把光束平行返射回来，由探测望远镜会聚到半导体制冷的光电探测器4上，电信号通过主控制电路5选频放大,提高信噪比后,再经A/D转换6,计算机7采集记录开放路径的中红外吸收光谱数据。经自主研发的差分计算软件，给出目标气体有无和浓度值并显示8出来。

【技术领域】

本发明涉及光学遥感测量技术领域，尤其涉及一种基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法。

【背景技术】

目前，现有气体检测技术中，用于探测气体成分的主要方法有多种，但采用的大都是化学方法，其最大的缺点是难以在现场使用，而且需要事先有样品，操作中还常常需要液一液萃取或固一液萃取等前期处理过程，难以满足预防和突发事故的需要,尤其是面对一些有毒有害气体，使用吸收光谱法激光气体检测仪是一种高灵敏度、高分辨率和快速响应的气体检测技术，广泛应用于大气检测等领域。

在使用吸收光谱法激光气体检测仪对多种气体成分的浓度进行检测时，都希望能够同时测量多种气体成分的光谱吸收线，但在实际应用中现有的可调谐激光器调谐范围较小，不能覆盖多种气体吸收的波长，所以大部分气体检测仪仅可以实现单类型气体成分探测。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有激光器调谐范围较小的不足，而提供一种基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法。

本发明可以实现对工业过程中的有毒有害气体浓度实时在线监测，也可用于安防领域有害气体的预防与监测。

本发明通过使用宽增益的量子级联芯片，同时采用优化设计的激光谐振腔结构，通过光栅色散元件实现窄线宽连续可调谐激光输出(可通过1.5cm～1cm的光谱线宽中，实现连续可调谐的中红外波长的激光输出，其波段在930cm^-1～1370cm^-1之间)，达到了覆盖多种气体吸收的波长的目标，实现了多种气体成分的浓度同时进行检测。

本发明是通过以下技术实现的，采用可调谐量子级联中红外激光穿过监测区域气体，再用中红外探测器采集开放路径的吸收光谱，可监测出该区域是否含有待测气体，以及含量多少，都通过用“指纹”谱气体检测原理来实现。

本发明主要包括：可调谐中红外激光器，发射接收器，望远镜，准直镜，角锥阵列，电源、驱动和扫描电路，光电探测器，数据采集装置，计算机等。

工作状态下，激光器发出的光经过一个望远镜准直扩束，然后通过被监测的大气区域，到达角反射镜阵列，并通过调整悬架装置，将光路与角反射阵列对准，然后位于大气区域微端的角锥阵列将光束平行光反射返回，反射平行光经过探测望远镜汇聚之后进入光电探测器上，无需采用光纤，光信号直接转化为电信号，电信号经过选频、放大以及提高信噪比，被送入数模转换系统，最终由计算机将收集到的信息与我们构造的污染气体数据库进行比较，形成测量波段的差分吸收光谱图，进而得出测量结果，获得测量其体的浓度并显示出来。

本发明的优点是可调谐激光器采用优化设计谐振腔结构，依靠宽增益带宽的QCL芯片和光栅色散元件，增加了激光器的可调谐范围，实现窄线宽连续可调谐中红外激光输出。

【附图说明】

附图为基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法示意图

【具体实施方式】

基于可调谐中红外激光遥测气体成分的装置主要包括有气体检测部分和气体分析处理部分，气体检测部分包括激光器1，望远镜准直2，角反射镜阵列3，光电探测器4。

气体分析处理部分包括主控制电路5，光电信号转换装置6，计算机软件系统7，显示器8。

如附图所示，激光器1发出的可调谐中红外激光，经望远镜准直2扩束，发射穿过目标区域，由后向反射镜阵列3把光束平行返射回来，由探测望远镜会聚到半导体制冷的光电探测器4上，电信号通过主控制电路5选频放大,提高信噪比后,再经A/D转换6,计算机7采集记录开放路径的中红外吸收光谱数据。经自主研发的差分计算软件，给出目标气体有无和浓度值并显示8出来。