[发明专利]一种多组分气体实时检测同轴多波长自稳定激光器

说明书

本发明涉及一种多组分气体实时检测同轴多波长自稳定激光器，包括激光器管壳、光出射组件，所述激光器管壳内包括N个TO激光器、N个TO探测器和同轴合光分光光路组件，其中N为大于等于2的自然数；所述同轴合光分光光路组件包括多个滤光片，在将N个TO激光器出射的激光的一部分经过反射和/或透射后输入对应的TO探测器的同时，将N个TO激光器出射的激光的其余部分从N个方向输入后进行合波、合束后输出至所述光出射组件；每个所述TO探测器内具有参考气室，并对应检测一个TO激光器的输出光波长的变化。本发明特别适用于多种气体实时在线检测的固定式、便携式、遥测式TDLAS气体检测系统。

技术领域

本发明涉及TDLAS气体检测领域，尤其涉及一种应用于多气体实时在线检测仪的基于TDLAS技术的同轴多波长自稳定激光器。

背景技术

TDLAS技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)是基于可调谐二极管激光器，利用被测气体分子的“选频”特性，实现对被测气体特征的测量。该技术成功规避了其他无关气体组分的干扰，成为当前精准实时要求高的在线气体检测系统方案的优选。同时其相应速度快，测量门限低、可同时分析多种气体成分，主要包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氨气等气体。九十年代后期以来，基于TDLAS技术的气体检测方案及设备大量涌现，在工业应用领域已经出现固定式测试系统、分布式测试系统、遥测式测试系统等多种测量方式。

由于TDLAS技术的工作原理，不同气体成分对应的吸收波长不一样，因此在实际应用中如果需要测量多种气体成分，则需要应用多个不同中心波长的激光器来进行光谱扫描，同时对应设置多个探测器以检测对应波长的激光信号；或者将一个激光器的中心波长进行分时调谐，以对应至不同测量气体成分的吸收波长，同时采用光谱分析仪进行接收或者对应设置多个探测器进行接收。因此当前工业使用的在线气体检测仪多为针对单一气体组分的检测仪，例如甲烷检测仪，乙炔检测仪，氧气检测仪，难以实现用同一设备对多种气体组分进行检测。

目前现有的针对多组分气体进行实时在线检测的装置存在有以下主要技术问题：

1、针对所测量的不同气体组分的激光器不同，探测器不同，气室不同，所构成的多组分气体实时在线检测仪的光路是分离的，其成本造价高，几乎等于几套单独的检测仪成本之和，并且其体积大，结构松散，结构可靠性差，便携性差，且不利于检修维护。

2、激光器作为TDLAS气体检测仪的核心元件，以及气体分子的“选频”特性，导致多气体测量一定需要多波长的激光器，但当前市面上并未有多气体实时在线检测仪使用的一体化激光器，更未有同轴多波长自稳定激光器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种同轴多波长自稳定激光器，以解决现有多气体实时在线检测仪的每种气体测量光路完全独立、集成度低、结构复杂、制造成本高、可靠性差的一系列技术问题。

本发明提供一种多组分气体实时检测同轴多波长自稳定激光器，包括激光器管壳、光出射组件，所述激光器管壳内包括N个TO激光器、N个TO 探测器和同轴合光分光光路组件，其中N为大于等于2的自然数；每个所述 TO激光器出射的激光具有至少一个典型波长，且每个所述TO激光器的典型波长互不相同，每个或几个典型波长与某一气体的典型吸收谱线或吸收光谱峰值相对应；所述同轴合光分光光路组件包括多个滤光片，在将N个TO激光器出射的激光的一部分经过反射和/或透射后输入对应的TO探测器的同时，将N个TO激光器出射的激光的其余部分从N个方向输入后进行合波、合束后输出至所述光出射组件；每个所述TO探测器内具有参考气室，并对应检测一个TO激光器的输出光的变化；所述参考气室对应充填的参考气体的典型吸收谱线或吸收光谱峰值与相应TO激光器的典型波长相对应；所述 N个TO激光器光斑经过所述同轴合光分光光路组件的滤光片反射和/或透射后均入射到所述光出射组件的焦点上；所述光出射组件将该合波、合束后的光束准直后从该同轴多波长自稳定激光器出射，该合波、合束后的光束为用于测量不同气体组分的复合光束。