[发明专利]一种布放式气体检测装置及其工作方法

权利要求书

1.一种布放式气体检测装置，其特征在于，包括装置主体单元、装置外延单元、以及用于连接装置主体单元和装置外延单元的光纤，所述装置主体单元包括激光控制器、激光器、至少三个光纤转接器、光纤隔离器、光电探测器和数据采集系统，所述装置外延单元包括依次设置的光纤整形器、衰荡腔和光纤收集器；

其中一根光纤的一端依次串接有激光器、第一光纤转接器、光纤隔离器和第二光纤转接器，另一端与光纤整形器的端部相连，所述激光控制器与激光器控制连接；

另一根光纤的一端依次串接有光电探测器和第三光纤转接器，另一端与光纤收集器的端部相连，所述数据采集系统与光电探测器数据传输连接。

2.根据权利要求1所述的布放式气体检测装置，其特征在于，所述激光器采用可调谐量子级联激光器。

3.根据权利要求1所述的布放式气体检测装置，其特征在于，所述光电探测器采用锑化铟探测器。

4.根据权利要求1所述的布放式气体检测装置，其特征在于，所述衰荡腔由第一腔镜、第二腔镜和支撑网组成，所述支撑网设置于第一腔镜和第二腔镜之间。

5.根据权利要求4所述的布放式气体检测装置，其特征在于，所述第一腔镜和第二腔镜为尺寸、曲率半径相同的高反射率镜片。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的布放式气体检测装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、组建布放式气体检测装置

所述布放式气体检测装置包括装置主体单元、装置外延单元、以及用于连接装置主体单元和装置外延单元的光纤，所述装置主体单元包括激光控制器、激光器、至少三个光纤转接器、光纤隔离器、光电探测器和数据采集系统，所述装置外延单元包括依次设置的光纤整形器、衰荡腔和光纤收集器；

其中一根光纤的一端依次串接有激光器、第一光纤转接器、光纤隔离器和第二光纤转接器，另一端与光纤整形器的端部相连，所述激光控制器与激光器控制连接；

另一根光纤的一端依次串接有光电探测器和第三光纤转接器，另一端与光纤收集器的端部相连，所述数据采集系统与光电探测器数据传输连接；

S2、标定布放式气体检测装置

开启装置电源，激光器输出激光，通过激光控制器调节激光器输出波长λ₀，使得输出波长为待测气体的非吸收峰；光电探测器接收激光，数据采集系统上显示出光电探测器接收到的光强信号；当光强信号达到触发阈值时，计为t₀₁时刻，激光控制器关断激光器的电流，此时激光器输出光强瞬时降为零，光电探测器接收光强呈e指数衰减，光强在t₁₁时刻衰减到最大光强的1/e；

S3、布放装置外延单元

将布放式气体检测装置的装置外延单元布放至待测位置，并确保光纤处于松弛状态；

S4、测量待测气体浓度

通过激光控制器调节激光器的输出波长，使得输出波长λ₁为待测气体的吸收峰；光电探测器接收激光，数据采集系统上显示出光电探测器接收到的光强信号；当光强信号达到触发阈值时，计为t₀₂时刻，激光控制器关断激光器的电流，此时激光器输出光强瞬时降为零，光电探测器接收光强呈e指数衰减，光强在t₁₂时刻衰减到最大光强的1/e；

S5、计算气体浓度

在步骤S2的标定过程中，通过光电探测器接收光强形成的衰荡曲线可以得到，空腔衰荡时间表示为t₁₁-t₀₁；在步骤S4测量过程中，通过光电探测器接收光强形成的衰荡曲线可以得到，样品衰荡时间表示为t₁₂-t₀₂；

待测气体浓度Conc表示为：

Conc＝c^-1·[(t₁₂-t₀₂)^-1-(t₁₁-t₀₁)^-1]·σ(λ₁)^-1；

其中，c为光速，σ(λ₁)为待测气体在吸收波长λ₁处的吸收截面。