[发明专利]一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统

说明书

本发明设计了一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统与方法，所用元件包括：窄线宽激光光源、光调制模块、光学衰荡腔和信号采集与处理模块。首先，测量光调制模块对驱动信号的响应延迟时间；然后，调节两束窄线宽激光的中心波长位于同一或相邻吸收峰，采集光通过充有待测气体的衰荡腔出射的光强衰减曲线；选取入射光被完全阻断的时刻作为拟合衰荡信号的起始点对数据进行拟合，得到双波长分别对应的指数衰减系数；最后利用双波长衰减系数的差与气体浓度的关系得到气体组分摩尔分数。本发明利用随机振动实现衰荡腔对双波长的分时选频功能，结构简单、成本低、对测量环境适应性强，在气体检测领域有较高的使用价值和广阔的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统，属于痕量气体浓度测量技术领域。

(二)背景技术

痕量气体浓度检测对于人类的生产生活具有重要的实际应用价值。在工业环境中，定量并准确的对微小气体浓度进行实时监测是对化学反应程度进行评估的一种重要手段，可以通过预测生产的阶段从而避免事故的发生。在大气环境中，大气污染物的浓度检测可以用于监管企业的废气排放是否达标，从而保证人们的健康，避免环境灾害、生态环境遭到破坏等情况发生。在生物医疗领域，生理过程产生的气体的呼出气体的微量挥发性气体如丙酮、丙醇等含量极低，却可以用于特定疾病的诊断。

气体浓度检测技术分为以电化学和电学气体浓度分析法为主的传统气体浓度检测技术和利用激光技术的光谱学气体浓度检测技术。传统的电化学式测量技术一般采用接触式的测量方法，不仅在测量过程中容易受到环境的变化和空气扰动的影响，而且反应物的消耗不可避免的导致产品的老化，使得产品的寿命受到很大的限制，且对测量参数如湿度、温度、压强的稳定性要求较高。电学式测量方法的测量结果易产生漂移，且无法实现在线的实时监测。激光吸收光谱技术是一种非接触式的测量方法，可以保证检测设备具有较长的使用寿命和稳定的工作性能，分为直接吸收光谱技术、调制光谱技术和衰荡腔光谱技术。直接吸收光谱技术光路简单且操作方便，但是测量过程容易受到背景光的强度波动影响。调制光谱技术可以有效地抑制测量过程中噪声的影响进而提高信噪比，但不适用于低浓度气体和若弱收峰的测量中。而衰荡腔光谱技术通过在气体池两端加高反射镜，提高光的等效吸收光程，从而使测量系统的物理长度变小，整个测量装置更加紧凑的同时达到很高的灵敏度。