[发明专利]一种光谱分析温室气体的检测装置及方法

权利要求书

1.一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，包括：

N个激光器；其中，N为大于1的整数；

激光器控制电路板，用于产生N路低频三角波信号和N路正弦波调制信号，以分时驱动N个激光器；N路低频三角波信号的频率相同且不同步；激光器控制电路板包括驱动电路及其连接的N个并联的信号波发生器，还包括与N个信号波发生器一一对应连接的N个并联的加法器，加法器与激光器一一对应连接；其中，信号波发生器包括并联的低频三角波发生器和高频正弦波发生器；

光纤耦合器，其输入端分别与N个激光器连接；

气体吸收池，其光路入射口与光纤耦合器的输出端连接；

光电检测器，用于接收从气体吸收池出射的激光并进行光电转换，输出检测信号；

信号处理电路，用于对检测信号依次经过流压转换器、锁相放大器处理得到二次谐波信号，并根据谐波信号峰值与气体浓度的标准函数关系，得到待测气样中各温室气体的浓度信息。

2.根据权利要求1所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述N个激光器中的第i个激光器的驱动电流I_i满足以下条件：

其中，ω为正弦波调制频率；为第i个激光器对应的锁相相位，取值为0～360°；a_i、b_i、c_i、d_i为第i个激光器对应的三角波调制系数系数，分别对应三角波偏置、三角波上升斜率、三角波峰值、三角波下降斜率；T为一个周期。

3.根据权利要求2所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，对于N个激光器的驱动，相邻驱动的激光器对应的三角波信号的调制之间具有预设的间隔。

4.根据权利要求1所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述N路正弦波调制信号共用一路，相应地，高频正弦波发生器只有一个。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述待测气体包括CH₄、N₂O和CO₂，对于CH₄和N₂O的检测，采用的激光器为带间级联激光器或量子级联激光器，对于CO₂的检测，采用的激光器为垂直腔面发射激光器或分布式反馈激光器。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，还包括显示单元，与信号处理电路信号连接，用于显示各温室气体的浓度信息。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述光电检测器对应设有温控模块。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述激光器采用蝶形光纤封装。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种光谱分析温室气体的检测装置，其特征在于，所述气体吸收池的测量光程不小于10m。

10.一种光谱分析温室气体的检测方法，应用如权利要求1-9任一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测方法包括：

通过激光器控制电路板分时驱动N个激光器，使其工作在各温室气体对应的中心波长附近；

低频三角波信号的扫描频率采用10Hz，高频正弦波调制信号的频率采用40kHz；

将待测气样输入气体吸收池，反射出气体吸收池的激光由光电检测器接收进行光电转换，然后经过流压转换、锁相电路处理得到二次谐波信号，根据谐波信号峰值与气体浓度的标准函数关系得到待测气样中各温室气体的浓度信息。