[发明专利]用于操作用于测量所测量气体中的气体组分浓度的光学测量系统的方法

说明书

一种用于操作用于基于波长调制光谱来测量所测量气体中的气体组分浓度的光学测量系统的方法，其中激光光源是利用基本电流I_DC和调制电流I_AC以电流调制的方式来工作的并且发射具有波长调制幅度Δλ_AC的波长λ₀的激光束，并且激光的波长调制幅度Δλ_AC是以可变地设定电流调制幅度ΔI_AC的方式保持恒定的。本发明提供用于在工作点处将激光光源的内部电阻器R_I处的被调制的功率ΔP_AC保持恒定以便稳定波长调制幅度Δλ_AC。

本发明涉及一种用于操作用于基于波长调制光谱来测量所测量气体中的气体组分浓度的光学测量系统的方法，所述系统包括：波长可调谐温度稳定的激光光源，其通过在工作点处使基本电流经由气体组分的有关吸收线改变来使激光光源的激光的中心基本波长λ₀周期性地变化，并且在同一时间，利用调制设备以频率（f）和可确定的幅度调制激光光源的激光的中心基本波长λ₀；光检测器，其检测已经通过所测量气体之后的激光的强度；以及评价设备，其包括用于由光检测器以频率（f）和/或其谐波中的一个生成的测量信号的相位灵敏解调的部件，其中激光光源是利用基本电流I_DC和调制电流I_AC以电流调制的方式工作的，并且发射具有波长调制幅度Δλ_AC的波长λ₀的激光束，并且激光的波长调制幅度Δλ_AC是以可变地设定电流调制幅度ΔI_AC的方式保持恒定的。

用于基于波长调制光谱来测量所测量气体中的气体组分浓度的光学测量系统从广泛的各种各样的实施例中的现有技术中已知，用于操作这样的光学测量系统的大量不同方法也是如此。

在可调谐激光吸收光谱（Tunable Laser Absorption Spectroscopy，TLAS）中，以及在特定波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy，WMS）中，波长调制幅度一般地扮演重要的角色。这是通过在针对工作点的校准期间设定电流调制幅度的方式来限定的。然而，工作点的改变或者激光器中的长期改变引起波长调制幅度改变（尽管电流调制幅度保持相同）。作为结果，波长调制幅度上的改变还引起传感器校准从规格限制偏离，于是这经常需要对光学测量系统进行重新校准。

在所提及的类型的光学测量系统中，在工作模式改变或者激光光源中与校准时相比的长期改变的情况下，为了稳定传感器精确度的目的，已知的是在操作期间通过对用于激光光源的调制电流的强度（其是说电流调制幅度）进行适配来重新设定波长调制幅度，从而波长调制幅度再一次至少近似地与在校准时相对应。通过示例的方式，在这方面参考了文献EP 2 610 608 B1。

文献EP 2 610 608 B1公开了用于测量目标气体的气体测量设备和用于设定气体测量设备的波长调制宽度的方法，所述气体测量设备包括光源和检测单元，通过利用源使激光波长谐振，以便具有由主电流确定的中心波长，并且以便根据在谐振频率处的调制电流进行调制，并且具有波长调制宽度，具有由于在与调制电流的周期相比更长的周期中改变了主电流而变化的中心波长，经此检测单元根据通过标准气体传输的激光的强度来输出信号。所述方法更进一步地包括：通过检测通过标准样本传输的具有变化了的中心波长的激光来获取检测信号的步骤；获取在作为调制电流的谐振频率的正整数倍的频率下谐振的检测信号的特定频率分量的步骤；以及计算特定频率分量关于激光中心波长的局部最小值的量值与特定频率分量关于激光中心波长的局部最大值的量值的比率的步骤；以及设定激光的波长调制宽度从而比率满足预先确定的条件的步骤。这是其中在一对一的基础上对应于波长调制宽度的比率等于预先确定的目标值的条件。在激光调制宽度的设定期间，通过适配调制电流的强度来设定波长调制宽度。

由此出发，要求保护的发明的目的是提出用于尽管诸如温度、工作电流或者长期漂移的激光性质改变也将波长调制幅度保持恒定的不同的、更简单的、并且更准确的选项。