[发明专利]一种基于TDLAS技术的高准确度检测装置及修正方法

说明书

本发明一种基于TDLAS技术的高准确度检测装置及修正方法，属于气体传感技术领域；包括多通池、光电探测器、多通池温度控制装置、锁相放大器、多路采集卡、微型计算机、信号发生装置、CO₂激光器驱动、CO₂激光器温控、CH₄激光器驱动、CH₄激光器温控、CH₄激光器、CO₂激光器、光纤耦合器和外部温度控制装置，对气体组分及其浓度进行检测，并提供了一种背景修正方法用于提升测量准确度。本发明利用自适应温度控制装置可以在不同环境下为装置提供稳定的测量环境，同时，降低装置的功耗，利用背景修正方法可以将提高测量精度和使检测装置能够在宽温度范围的环境下实现高准确度测量。

技术领域

本发明属于气体传感技术领域，尤其涉及一种基于TDLAS技术的多组分气体检测的装置及背景修正方法。

背景技术

气体地球化学探测是一种有效地震预警和地质分析手段，地球深部气体含有大量地质信息，利用断裂气流通道可以探知地壳深部构造的动态信息，气体具有流动性强和流动范围广的特点，对气体浓度准确监测是一种有效的地震预警手段，尤其是对多组分地球化学气体的原位检测具有重大的意义。

可调谐二极管激光吸收光谱技术由于高灵敏、环境适应性强和快速响应的特点已经被成功应用于工业分析、环境监测和医疗诊断等领域。目前，能够应用于野外环境的TDLAS系统主要分为两类，一是利用高精度温度控制系统将气体及系统核心部件多通池调控到恒温恒压的条件下。例如，太原科技大学李传亮教授研究团队，在恒温恒压条件下利用一只2.3μm半导体激光器实现CO和CH₄，浓度测量准确度达到97％；另一种是利用免标定技术修正复杂环境下气体温度、压强和初始光强的造成的误，例如，B Buchholz在2017年研制的机载、免标定TDLAS系统实现H₂O宽浓度范围测量，测量范围从2ppmv到40000ppmv，测量准确度为4.3％。免标定技术是基于测量来修正气体浓度，会引出误差造成检测准确度降低。为了准确测量气体浓度高精度温度控制成为必然。由于高精度控制系统在环境温度与目标温度变化较大时功率达到kW量级，难以实现野外流动观测，因此，自适应温控成为一种必然，它也将成为未来发展的趋势。作为检测系统的核心多通池，受温度影响，气体分子吸收特性及压强均受温度的影响。因此，必须进行多参量背景修正来提高测量准确度。

综上所述，如何实现功耗低、环境适应性强、稳定性好、灵敏度高的原位检测装置是气体地球化学探测领域的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中用TDLAS技术检测系统在野外测量时，出现在恒温恒压条件下测量引起功耗过大，在温度变化的条件下造成测量不准确的问题，一种基于TDLAS技术的高准确度检测装置及修正方法。

为实现上述目的，本发明的一种基于TDLAS技术的高准确度检测装置及修正方法的具体技术方案如下：

一种基于TDLAS技术的多组分气体检测装置，包括多通池温度控制装置，多通池温度控制装置内设置多通池和光电探测器；

多通池的入口管路上设置进气口比例阀和压力传感器，多通池的出口管路上设置出气口比例阀和真空泵；

多通池的入口与光纤耦合器的出口光学连接，多通池的出口与光电探测器的一端光学连接；

光电探测器的另一端与锁相放大器和多路采集卡电学连接，且多路采集卡同时与锁相放大器电性连接，多路采集卡还与微型计算机的一端电性连接，微型计算机的另一端与信号发生装置的一端电性连接；