[发明专利]一种基于量子级联激光器的长光程气体检测系统和方法

说明书

本公开公开的一种基于量子级联激光器的长光程气体检测系统和方法，包括：向光路辅助模块输出光的光源控制模块；光路辅助模块对光源控制模块输出光进行准直，准直后的光进入长光程气室；长光程气室内容纳待测气体，并对准直后的光进行多次折反射后输出；光电探测器，对长光程气室输出光进行探测，将探测到的光信号转化为电信号；光电信号采集模块，采集光电探测器发出的电信号，并对电信号进行分析，获取待测气体浓度。长光程气室内设置了多个角锥棱镜和凹面镜，对射入长光程气室的光线进行多次的折返射，从而提高了入射光的光程，进而提高了检测系统的检测精度。

技术领域

本公开涉及一种基于量子级联激光器的长光程气体检测系统和方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，随着人口数量的不断增长、经济的迅速发展，人们对大气环境问题开始不断重视，这就使得实时环境监测成为目前研究重难点，大气中的痕量气体只占干空气的0.003％，含量极少，主要包括氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物和氯化物。它们通过受到各种物理、化学、生物、地球过程的作用并参与生物地球化学的循环，对全球大气环境及生态造成了重大影响。

在现有气体检测技术中，激光光谱气体检测法具有灵敏度高的特点，尤其是量子级联激光器，它具有宽的调谐范围，高的输出功率，并能在室温下进行工作，其在中红外区有大范围的输出波长，因此可以实现对多种痕量气体的灵敏探测，为了提高痕量气体的检测灵敏度，所需要的光学系统必须具有足够长的光程，而如何提高放射光的光程，进而提高气体的检测灵敏度，是目前所要解决的技术问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于量子级联激光器的长光程气体检测系统和方法，进入长光程气室内的光束经过多次折返射，增大了光程，进而提高了气体检测灵敏度。

本公开的第一目的是，提出一种基于量子级联激光器的长光程气体检测系统，包括：

光源控制模块，用于输出光；

光路辅助模块，对光源控制模块输出光进行准直，准直后的光进入长光程气室；

长光程气室，用于容纳待测气体，并对准直后的光进行多次折反射后输出；

光电探测器，对长光程气室输出光进行探测，将探测到的光信号转化为电信号；

光电信号采集模块，采集光电探测器发出的电信号，并对电信号进行分析，获取待测气体浓度。

进一步的，所述光源控制模块，包括，量子级联激光器，与量子级联激光器连接的脉冲驱动电源，脉冲驱动电源连接温度控制器。

进一步的，所述光路辅助模块，包括，可见光源激光器和光源准直模块，可见光源激光器输出可见光，与光源控制模块输出光均进入光源准直模块进行重合准直。

进一步的，长光程气室内部设置气体池，气体池内设置反射镜、凹面镜和多个角锥棱镜，多个角锥棱镜位于靠近光线入射侧，多个角锥棱镜的对侧安装凹面镜，凹面镜对入射光线进行反射，反射后的光在角锥棱镜和凹面镜间多次反射，多次反射后的光经反射镜反射后输出。

进一步的，长光程气室上设置光线入射口和出射口，准直后的光经入射口进入气体池，反射镜反射后的光经出射口输出。

进一步的，长光程气室上设置进气口和出气口，进气口、出气口均与气体池连通。

进一步的，长光程气室内还设置温度控制器和压力控制器。

进一步的，光电信号采集模块，包括，依次连接的前置放大器、锁相放大器、高速信号采集板和主机，前置放大器接收光电探测器输出电信号并进行放大，放大后电信号经锁相放大器进行噪声分离，噪声分离后电信号经高速信号采集板转化为数字二进制形式后，传送至主机。