[发明专利]一种基于TDLAS的气体外差检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于，包括：DFB激光器(1)、光纤模式耦合器(2)、光纤声光装置(3)、单模光纤耦合器和光电探测器(10)；

所述DFB激光器(1)与光纤模式耦合器(2)相连，所述光纤模式耦合器(2)包括单模光纤和少模光纤，所述DFB激光器(1)经光纤模式耦合器(2)分为两路L1和L2，一路经所述单模光纤进入L1路，另一路经所述少模光纤进入L2路后再连接光纤声光装置(3)，所述L2路通过所述单模光纤耦合器与所述光电探测器(10)相连；

所述单模光纤输出端(2.2)和单模光纤耦合器之间设有气体吸收池(7)；

所述单模光纤耦合器分为第一单模光纤耦合器(8)和第二单模光纤耦合器(9)；

所述单模光纤输出端(2.2)与气体吸收池(7)相连，所述L1和L2两路的光信号具有相同的偏振方向，两路光信号输入到第二单模光纤耦合器(9)产生外差干涉；

所述L2路光信号经过光纤声光装置(3)后再经过所述第一单模光纤耦合器(8)分为两路L3和L4，所述L4路连接光电探测器(10)；

其特征在于所述L1路光信号经单模光纤进入气体吸收池(7)，所述L2路光信号经少模光纤后进入所述光纤声光装置(3)，所述光纤声光装置(3)具有设定的光信号频移，再经过第一单模光纤耦合器(8)又分为两路L3和L4；

所述L3路光信号和经过气体吸收池(7)的L1路光信号都与第二单模光纤耦合器(9)输入端连接，产生外差干涉，所述第二单模光纤耦合器(9)输出端和L4路的输出端分别与一个所述光电探测器(10)连接；

所述的光电探测器(10)具有滤波放大的功能，将光信号转换为电信号；所述气体外差检测装置还包括除法电路(11)和解调分析模块(12)，所述第二单模光纤耦合器(9)输出端和L4两路转换为电信号连接除法电路(11)后再经过解调分析模块(12)处理，反演出不同气体的浓度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于,所述单模光纤包括单模光纤输入端(2.1)和单模光纤输出端(2.2)；所述少模光纤包括少模光纤输入端(2.3)和少模光纤输出端(2.4)；所述单模光纤输入端(2.1)与DFB激光器(1)相连；所述少模光纤输出端(2.4)与所述光纤声光装置(3)相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于,所述DFB激光器(1)作为气体检测光源，不同中心波长的DFB激光器(1)能够检测不同气体。

4.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于，所述光纤模式耦合器(2)中的单模光纤和少模光纤的分光比在不同所述DFB激光器(1)的输出波长时，通过衰减法兰调整所述L1路功率使所述L1路与经所述光纤声光装置(3)的输出功率比达到1:1；所述L1路的光信号工作模式为LP01模式；所述L2路的光信号工作模式为LP11模式，经过所述光纤声光装置(3)后，LP11模式转换为LP01模式；所述单模光纤在工作波段只支持一个模式，即基模，也就是LP01模。

5.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于，所述光纤声光装置(3)包括铝制圆锥(4)、振动产生装置(5)、射频信号发射装置(6)；所述射频信号发射装置(6)连接振动产生装置(5)后再与所述铝制圆锥(4)相连；所述射频信号发射装置(6)包括信号发生器和电压放大器，所述信号发生器产生射频信号，经过所述电压放大器放大后加载到所述振动产生装置(5)当中；所述的振动产生装置(5)为压电陶瓷片，所述压电陶瓷片振动带动所述铝制圆锥(4)的振动，引起声致光栅效应。