[发明专利]一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，包括激光源、隔离器、波分复用器、掺铒光纤、环形器、吸收气室、气体传感器、耦合器、前置放大器、锁相放大器、数据采集系统以及计算机系统，其特征在于：所述激光源与隔离器相连，然后隔离器与波分复用器相连，构成谐振腔；在谐振腔内波分复用器与掺铒光纤相连接，掺铒光纤与环形器相连接，环形器与吸收气室相连接，所述吸收气室与气体传感器相连接，气体传感器与耦合器相连接，然后耦合器再与波分复用器连接；所述气体传感器电信号的输出端与前置放大电路的输入端相连接，使气体传感器输出的电流信号通过前置放大电路转化为电压信号；所述前置放大电路的输出端与锁相放大器的输入端连接，所述锁相放大器用于将电压信号进行解调；所述锁相放大器的输出端与数据采集系统连接，所述数据采集系统用于将解调后的电压信号数据采集下来，然后将数据传输到计算机系统，进行信号处理和气体浓度的计算；所述音叉声热一体增强型痕量气体检测系统还包括信号发生器模块、压电陶瓷驱动器、光纤光栅，所述信号发生器模块与压电陶瓷驱动器连接，所述压电陶瓷驱动器与光纤光栅连接，所述光纤光栅与环形器连接。

2.根据权利要求1所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述激光源采用的是980nm高稳定度单模泵浦源，噪声低，泵浦效率高，驱动电流小，增益平坦性好。

3.根据权利要求1所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述波分复用器采用的是980/1550nm波分复用器。

4.根据权利要求1所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述气体传感器为单音叉声热一体型传感器，其结构包括石英音叉、第一准直器、第二准直器、第三准直器，所述第一准直器设置在石英音叉的前端，第二准直器、第三准直器设置在石英音叉的后端。

5.根据权利要求4所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述第一准直器出来的激光穿过两个音叉臂之间的空隙进入第二准直器，然后再通过第二准直器传输到耦合器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述耦合器的分光比为1:9，即包含两个光路，该两个光路的激光占比分别为10％和90％；其中激光占比为10％的光路通过光纤传输进入第三准直器，使第三准直器上的激光照射在石英音叉的音叉臂上；激光占比为90％的光路通过光纤传输进入波分复用器，从而进行光路的循环。

7.根据权利要求1所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述吸收气室是一种长光程吸收气室，用来增强在吸收气室中气体吸收光所产生的谐波信号。

8.根据权利要求1所述的音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，其特征在于：所述信号发生模块为光纤光栅提供调制频率，所述压电陶瓷驱动器控制光纤光栅实现波长的扫描和调制，光纤光栅反射波长通过环形器进入吸收气室。由于要通过二次谐波实现气体浓度解调，光纤光栅的调制频率是石英音叉共振频率的二分之一，其中光纤光栅反射波长对应气体(乙炔)吸收的中心波长。整个操作是通过信号发生模块控制压电陶瓷驱动器，进而通过压电陶瓷控制光纤光栅，实现气体吸收波长扫描和调制。