[发明专利]一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，包括激光控制中心(1)、光开关(4)、激光校准中心(13)、中央数据处理及控制中心(12)和光衰荡腔(11)，其特征在于：所述检测装置由激光控制中心(1)、光开关(4)、激光校准中心(13)、中央数据处理及控制中心(12)和光衰荡腔(11)构成，所述激光控制中心(1)与光开关(4)之间并联可调谐激光器A(2)和可调谐激光器B(16)，所述光开关(4)与光衰荡腔(11)之间连接有光分束器(5)、光隔离器(6)和光线准直器(7)；

所述光衰荡腔(11)内部设置有高反镜A(8)和高反镜B(9)，所述光衰荡腔(11)上端两侧分别连通有压力控制中心(17)和真空泵(20)，所述压力控制中心(17)连接有贮气罐(18)，所述真空泵(20)连通有反应塔(19)，所述光衰荡腔(11)连接有光电探测器(10)。

2.根据权利要求1所述的一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，其特征在于：所述中央数据处理及控制中心(12)分别与激光控制中心(1)、光分束器(5)、光电探测器(10)、压力控制中心(17)和真空泵(20)相连接；

所述中央数据处理及控制中心(12)与光分束器(5)连接线路之间设置有激光校准中心(13)。

3.根据权利要求1所述的一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，其特征在于：所述可调谐激光器A(2)与可调谐激光器B(16)与光开关(4)、光开关(4)与光分束器(5)、光分束器(5)与光隔离器(6)、光隔离器(6)和光线准直器(7)之间连接均采用保偏光纤(3)。

4.根据权利要求1所述的一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，其特征在于：所述高反镜A(8)与高反镜B(9)呈对称分布，且高反镜A(8)与高反镜B(9)反射方向相反。

5.根据权利要求1所述的一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，其特征在于：所述光线准直器(7)由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜可为C-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统，所述透镜系统主要有棱镜、正透镜和负透镜组成。

6.根据权利要求1所述的一种负压状态下痕量气体检测装置及其检测方法，其特征在于：所述检测步骤如下：

S1：向光衰荡腔(11)内通入待测气体；

S2：通过压力控制中心(17)与真空泵(20)，控制光衰荡腔(11)内部处于负压状态；

S3：激光控制中心(1)控制可调谐激光器A(2)和可调谐激光器B(16)发出的激光信号波长λ1、λ2，波长λ1、λ2为待测气体不同特征吸收峰所对应波长；

S4：中央数据处理及控制中心(12)通过调控光开关(4)，使波长λ1、λ2的激光信号其中之一通过，并经光分束器(5)分为能量比为99:1的两束激光信号；

S5：99％能量的激光信号经保偏光纤传(3)输到光隔离器(6)，99％能量的激光信号通过光隔离器(6)后经光线准直器(7)准直后耦合到光衰荡腔(11)中并与其共振；

S6：1％能量的激光信号经保偏光纤(3)传输到待测气体特征吸收谱线校准系统中，光电转换器实时捕捉待测气体特征吸收谱线校准系统中的校准信息并传输到中央数据处理及控制中心(12)，中央数据处理及控制中心(12)根据得到的校准信息控制激光控制中心(1)调整发出的激光信号波长，进行自校准；

S7：光电探测器(10)实时捕捉从光衰荡腔(11)中透射出来的激光信号，实时监测激光信号的能量在光衰荡腔(11)中变化情况，并将监测到的信息经光电转换后传输到中央数据处理及控制中心(12)，得到激光信号的衰荡时间τ；

S8：测得衰荡时间后，根据朗伯比尔定律可以计算出待测气体的浓度为

其中N1、N2为待测气体浓度，τ为有待测气体吸收时测得的衰荡时间，τ0为无待测气体吸收时测得的衰荡时间，c为光速，σ(λ1)、σ(λ2)分别为待测气体的不同特征吸收峰对应的吸收截面；

S9：根据S8计算得到的N1、N2两个浓度值为同一种待测气体的浓度，其之间可进行相互校验。