[发明专利]一种基于TDLAS的气体外差检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种基于TDLAS的气体外差检测装置及检测方法，具体包括：DFB激光器、光纤模式耦合器、光纤声光装置、气体吸收池、第一单模光纤耦合器、第二单模光纤耦合器、光电探测器、除法电路和解调分析模块；本发明提供一种基于TDLAS的气体外差检测装置，该检测装置将外差干涉应用于TDLAS气体检测，同时利用除法电路消除激光器强度调制的影响，显著提高了抗噪能力和测量精度，实现气体浓度检测的目的。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别是涉及一种基于TDLAS的气体外差检测装置。

背景技术

气体的浓度进行检测时,都希望能够快速准确地测量气体成分及其对应的浓度。其中可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)作为一种检测气体浓度的方法是通过调节窄线宽激光器的输出波长，使其连续扫描待测气体的特征吸收谱线，利用朗伯-比尔定律即可求出待测气体的浓度信息。但TDLAS系统中通过注入电流实现激光器输出波长扫描的同时，也会引起激光功率的变化，产生强度调制。另一方面，TDLAS检测采用直接检测的方式，只能检测光波的振幅信息。

外差检测技术是一种光频相干检测技术，是基于相干的参考光和入射信号光混频的原理实现的，非常适用于一些微弱信号的探测，灵敏度比直接探测提高了几个数量级，且不仅能响应信号的振幅信息，还可以响应信号的频率和相位信息。但外差检测技术不仅仅要求载波光束与探测光束之间偏振方向平行，传输方向一致，还要两光束频率不相同，即两光束之间有频移量。传统的外差检测一般需要一个空间光移频器或其他移频设备，使整个外差系统复杂繁琐。

综上所述，寻找一种高效紧凑的基于TDLAS的气体外差检测装置成为研究人员关注的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种基于TDLAS的气体外差检测装置及检测方法，该检测装置将外差干涉应用于TDLAS气体检测，同时利用除法电路消除激光器强度调制的影响，显著提高了抗噪能力和测量精度，实现气体浓度检测的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种基于TDLAS的气体外差检测装置，其特征在于，包括：DFB激光器、光纤模式耦合器、光纤声光装置、单模光纤耦合器和光电探测器；

所述DFB激光器与光纤模式耦合器相连，所述光纤模式耦合器包括单模光纤和少模光纤，所述DFB激光器经光纤模式耦合器分为两路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，所述L₂路通过所述单模光纤耦合器与所述光电探测器相连。

优选地，所述单模光纤包括单模光纤输入端和单模光纤输出端；所述少模光纤包括少模光纤输入端和少模光纤输出端；所述单模光纤输入端与DFB激光器相连；所述少模光纤输出端与所述光纤声光装置相连。

优选地，所述DFB激光器作为气体检测光源，不同中心波长的DFB激光器能够检测不同气体。

优选地，所述光纤模式耦合器中的单模光纤和少模光纤的分光比在不同所述DFB激光器的输出波长时，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；

优选地，所述单模光纤输出端和单模光纤耦合器之间设有气体吸收池。