[发明专利]一种光谱分析温室气体的检测装置及方法

说明书

本发明涉及光谱分析温室气体的检测装置及方法，装置包括：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；光纤耦合器分别与N个激光器连接；气体吸收池与光纤耦合器连接；光电检测器接收气体吸收池出射的激光，之后通过信号处理电路得到待测气样中各温室气体的浓度信息。本发明的检测效率高。

技术领域

本发明属于光谱技术领域，具体涉及一种光谱分析温室气体的检测装置及方法。

背景技术

温室气体，对地球热量平衡具有重要影响，使地球表面变暖；温室气体主要包括水汽(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、卤代烃化合物(CFCs、HFCs、HCFCs)、全氟碳化物(PFCS)及六氟化硫(SF₆)等。其中，CO₂、CH₄、N₂O对温室效应的贡献最大，据统计，上述三种气体对全球变暖总体贡献约为76％。因此，环境空气中温室气体的高精度在线监测，成为当前研究的热点。

目前，温室气体的常用检测技术有光腔衰荡光谱法、离轴积分腔输出光谱法、气相色谱法、非分散红外光谱吸收法、傅里叶红外光谱吸收法、激光外差光谱技术、卫星遥感监测、走航监测等。但是，上述常用检测技术存在测量系统复杂、测量精度不高或响应速度慢等不足。而且，环境空气中温室气体的含量较低，因此，需要开展高精度、高灵敏度、快速响应和可靠稳定的在线监测技术研究。

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量气体含量作为一类应用广泛和优势明显的监测技术，受到广泛关注。TDLAS技术按照目标被测气体吸收谱线所在位置，分为近红外测量和中红外测量两种，近红外波段对应气体分子的泛频吸收带，而中红外波段覆盖气体的基频吸收带，其吸收强度一般比近红外波段高2～3个量级，可用于微量气体检测。

现有技术中，关于基于TDLAS技术在线监测环境中温室气体的研究较少，例如，公开号为CN101089609A的专利文献公开的多谱段连续调谐高分辨红外激光光谱测量系统和方法，其利用外腔调谐半导体激光器和非线性差频转换方法实现近红外和中红外谱段宽调谐范围连续激光光源的输出，能够实现多组分、全谱带的气体高分辨激光吸收光谱测量。但是，其未具体公开如何实现激光器波长的分时扫描。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种光谱分析温室气体的检测装置及方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种光谱分析温室气体的检测装置，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；