[发明专利]一种可监测波长的激光气体探测方法及系统

说明书

本发明提供一种可监测波长的激光气体探测方法及系统，方法包括：将激光器发出的光通过光纤分路器分出两路出射光；一路出射光为激光器出射光的99%，作为检测激光透射过待检测气体后，被检测光电探测器接收进行待测气体浓度检测；另一路出射光为激光器出射光的1%，作为参考激光透射过充有标准浓度气体的参考气瓶后，被参考光电探测器接收进行激光器中心波长漂移情况监测；当监测到激光器中心波长发生漂移时，实时调节激光器内置TEC的温度，对激光器中心波长进行修正。本发明能够准确的探测到气体浓度，避免出现激光器波长漂移导致探测不到气体的情况。

技术领域

本发明属于激光气体探测领域，具体的说，涉及了一种可监测波长的激光气体探测方法及系统。

背景技术

目前基于TDLAS技术的激光探测仪器在天然气站和燃气管网等需要检测燃气泄露的地方有着广泛的应用需求，常见的激光探测仪器分两种，一种为激光遥测类仪器，遥测仪的激光光源发出激光束照射在测量目标后面的背景反射物上，经反射后，遥测仪接收反射光并汇聚到光电探测器上，对接收的光信号进行分析得到测量目标的气体信息。一种为激光对射式仪器，一端为激光出射，一端为激光接收，半导体激光器激光发出后，经过一段待测区域被接收透镜收集，汇聚到光电探测器，对接收的光信号进行分析得到测量目标气体的信息。

现有技术中激光发射系统为半导体激光器直接连接光纤准直器出射，或者TO封装半导体激光器经过准直透镜后出射，再由接收透镜收集，汇聚到光电探测器，对接收光信号分析得到气体浓度信息。但是半导体激光器对工作条件要求苛刻，时间以及温度的变化会影响其发射波长、输出功率等参数。而使用TDLAS技术进行气体探测时，只有半导体激光器的输出波长准确调谐在被测气体的吸收峰时，气体才会吸收光强，才能从气体吸收后的光信号中，提取到二次谐波信号从而计算出待测气体的浓度信息。实际应用中由于激光器的生产工艺及工作环境很难达到理想的条件，激光器在长时间连续工作中，经常会出现激光器中心波长漂移的情况。如果激光器中心波长偏移不大，会导致测量灵敏度降低，测量结果不准确的情况；若激光器波长漂移严重，波长偏离气体吸收线，会导致测量不到气体，系统故障和失效。而此时没有激光器波长的反馈，使用者没有办法察觉到激光器波长已经发生偏移，此时再使用仪器进行检测，会出现漏检。

目前有方案采用主测量光路补偿激光器波长漂移的方法，但是主测量光路一方面不能保证光路实时有测量气体，不能实时进行波长补偿，只有在有测量气体的时候才能进行补偿。另一方面，主测量光路由于信号不稳定，无法保证一个稳定的二次谐波波形，无法根据二次谐波峰值大小实时判断激光器波长的变化，进行实时动态调整。

为了解决以上存在的问题，我们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可监测波长的激光气体探测方法及系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种可监测波长的激光气体探测方法，将激光器发出的光通过光纤分路器分出两路出射光；

一路出射光为激光器出射光的99%，作为检测激光透射过待检测气体后，被检测光电探测器接收进行待测气体浓度检测；

另一路出射光为激光器出射光的1%，作为参考激光透射过充有标准浓度气体的参考气瓶后，被参考光电探测器接收进行激光器中心波长漂移情况监测；

当监测到激光器中心波长发生漂移时，实时调节激光器内置TEC的温度，对激光器中心波长进行修正。

基于上述，激光器中心波长漂移情况监测的方法包括：

对参考光电探测器的信号进行数字采样，进行计算处理，得到参考信号的二次谐波，根据参考信号二次谐波峰值的位置和大小，计算出当前吸收波长和设定的最佳吸收峰位置的偏移量；

当监测到激光器中心波长发生漂移时，根据计算出的吸收峰的偏移量，驱动激光器TEC驱动电路调节激光器的温度，将激光器的中心波长锁定到最佳吸收峰位置。