[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

说明书

本发明涉及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。本发明还涉及一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统的检测方法，该系统运用了光声光谱法与光热光谱法相结合的方法，通过增加气室中气体的吸收光程来增强谐波信号，然后将石英音叉检测到的光声信号和光热信号的二次谐波幅值进行叠加，最后求得气体的最小检测极限会明显增强。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统。

本发明还涉及一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统的检测方法。

背景技术

随着社会经济的进步和发展，人们的环保意识越来越强，环境问题也就变得尤为重要。快速准确的检测气体浓度在各行各业受到了广泛关注。作为环境监测的重要部分，气体检测技术不仅可以应用在大气的气体检测中，更能够应用在人类日常生活、工业发展以及航空航天技术当中。在我国航天领域的建设中，飞行器、火箭等发射前需要对其内外进行严格的痕量气体的检测，以保证设备的正常运行以及工作人员的生命安全；在煤、石油、天然气的开采和运输当中，甲烷、乙炔等可燃气体的实时监测也显得尤为重要；还有工业废气、汽车尾气等有害气体的排放也使得气体检测成为重要的一方面。由于这些气体含量少，混在空气中不易察觉。因此，急需研究一种高检测精度的气体检测系统，以解决上述存在的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，进一步提高检测精度和检测极限，本发明提出了一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，该系统运用了光声光谱法与光热光谱法相结合的方法，通过增加气室中气体的吸收光程来增强谐波信号，然后将石英音叉检测到的光声信号和光热信号的二次谐波幅值进行叠加，最后求得气体的最小检测极限会明显增强。

本发明还提出了一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统的检测方法。

为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：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，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，然后通过光纤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。

作为本发明的进一步改进，所述激光源采用的是980nm高稳定度单模泵浦源。该泵浦源具有波长稳定，输出功率高，保证了光源在操控上的快捷和直观。

作为本发明的进一步改进，所述波分复用器采用的是980/1550nm波分复用器，该980/1550nm波分复用器在980nm波长上具有0.2db插入损耗、14.8db的隔离度；在1550nm波长居于0.2db插入损耗、32db的隔离度、22.8db的消光比，它保证了全保偏光光纤系统的偏振特性和低损耗。980/1550nm波分复用器可以将980nm波段泵浦光传输到掺铒光纤中进行放大，从而跳变到1550nm波段。

作为本发明的进一步改进，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。