[发明专利]基于回音壁模式光学微腔的有害气体检测装置及检测方法

说明书

本发明提供一种基于回音壁模式光学微腔的有害气体检测装置，包括激光器、第一连接头、锥形光纤、光学微腔、微腔封装盒、第二连接头、光电探测器和内置有气体检测软件的上位机，激光器通过第一连接头连接于锥形光纤的输入端，光电探测器通过第二连接头连接于锥形光纤的输出端，光电探测器通过数据线与上位机之间数据传输连接，微腔封装盒内设有光学微腔，微腔封装盒设于激光器和光电探测器之间且锥形光纤自光学微腔穿过，微腔封装盒的盒壁上设有进气口和排气口。本发明具有对NH₃、NO₂、CH₄等典型气体高灵敏度检测识别和高精度浓度测量的能力，并具有小型化、低功耗、便携式、可远程监测的特点。

技术领域

本发明涉及有害气体探测领域，具体涉及一种基于回音壁模式光学微腔的有害气体检测装置及检测方法。

背景技术

在现代工业化的社会里，各种有害气体的泄漏和排放，无时无处不在发生，它们的检测和浓度控制将对工作和生活在这种环境下的人们有重大的意义，所以，必须对有害气体进行实时有效的检测。

有害气体的检测系统，一般都要求能够在恶劣环境下高效、精确地实现实时探测，快速准确地识别气体种类，从而有效的降低虚警率。这样可以迅速找到毒源，阻止毒气的扩散以降低伤害，也可以极大的降低由误报引起的人力、物理和财力的消耗。有害气体检测分为接触式检测和非接触式检测，常见的接触式检测方法包括质谱分析法(MS)、表面声法(SAW)、离子迁移法(IMS)、表面增强拉曼散射光谱技术(SERS)等；常见的非接触式检测方法包括紫外激光器诱导荧光检测法(LIBS)、THz激光光谱探测法和红外光谱遥测法。接触式方法虽然检测精度高，但是应用场合、距离和样品制备的限制因素较多；THz方法成本太高，不易实现；红外光谱检测则可以遥测，也可以进行近距离无损检测，并且探测精度良好，在诸多场合下红外光谱技术成为化学战剂检测的首选。其中，傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术的灵敏度与分辨率都比较好，尤其在野外远距离遥测应用中，充分发挥了傅里叶红外变换光谱仪高通量、多重传输、高精度的三大优点。但由于仪器昂贵、体积大、质量重等缺点，因此不适宜于单人作业，对有害气体进行实时测量。

有害气体的高精度检测系统，一般都要求能够在恶劣环境下高效、精确地实现实时探测，快速准确地识别气体种类。现有系统，虽然能够保证检测精度，但价格昂贵，并具有体积大、质量重等缺点，不适宜于单人便携式操作。

从上述分析可知，目前迫切需要发展小型化、高灵敏度度的微量有害气体测量装置。回音壁模式的光学微腔由于具有极高的品质因子和极小的模式体积，将其应用于微量有害气体检测，能够准确快速的识别被测有害气体的类别，并计算出相应的浓度。相对于其他类型的有害气体检测系统，具有体积小、重量轻、成本低、精度高的明显优势，并能够实现混合有害气体的实时监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于回音壁模式光学微腔的有害气体检测装置及检测方法，提高气体传感器的性能，形成对NH₃、NO₂、CH₄等有害气体高灵敏度检测识别和高精度浓度测量的能力，为用户提供一个小型化、低功耗、便携式的高灵敏度有害气体传感器。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于回音壁模式光学微腔的有害气体检测装置，包括激光器、第一连接头、锥形光纤、光学微腔、微腔封装盒、第二连接头、光电探测器和内置有气体检测软件的上位机，所述激光器通过第一连接头连接于锥形光纤的输入端，所述光电探测器通过第二连接头连接于锥形光纤的输出端，所述光电探测器通过数据线与上位机之间数据传输连接，所述微腔封装盒内设有光学微腔，所述微腔封装盒设于激光器和光电探测器之间且锥形光纤自光学微腔穿过，所述微腔封装盒的盒壁上设有进气口和排气口。

其中，所述激光器采用分布反馈式半导体激光器(DFB激光器)，其出射功率5-10mW，所述激光器发出的激光工作波长选用被检测有害气体吸收波长。

优选的，所述第一连接头和第二连接头均采用FC/APC连接头。