[发明专利]一种检测多组分痕量气体浓度的方法与装置

摘要

本发明公开了一种将激光吸收光谱技术应用于痕量气体浓度检测的方法与装置。采用可调谐激光器作为光源，根据目标气体分子的特征吸收谱线选择测量波段，将所测得的数据与HITRAN标准数据库对比，利用测得的吸收光谱信号对浓度进行反演。装置结构简单，操作简便，响应时间短。通过在吸收池后方放置一面全反镜，使投射过谐振腔的激光经反射再次进入谐振腔与腔内气体作用，提高了系统灵敏度。通过改变激光器的发射波长，可实现对多组分气体中各种痕量气体进行精确探测。

主权项

1.一种检测多组分痕量气体浓度的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）、根据所测气体特征吸收谱线以设定激光器（1）中心波长，通过激光控制单元（14）周期性改变激光器电流扫描波长，输出的激光通过光隔离器，抑制来自谐振腔的光学反馈；前方设有二道反射镜和合束片（4），通过第一反射镜（5）和第二反射镜（6）使激光上下左右可调，以此扩大光路的调节范围；633nm的He‑Ne激光器（3）所发出的红光经合束片（4）所为指示光，辅助调节光路；在第二反射镜（6）后方增加声光调制器（17）；偏振耦合镜（7）前方放置1/4波片（8），改变激光的偏振态；激光耦合到气体吸收池（11），在气体吸收池（11）后方放置一面全反镜（12），使投射过谐振腔的激光经反射再次进入谐振腔与腔内气体作用；反射回激光经1/4波片（8），此时激光的偏振态与原激光正交，再经偏振耦合镜（7）反射到光电探测器（13），实验中分别测量空腔的衰荡时间和腔内含有目标气体时的衰荡时间，由数据采集卡（15）对探测到的吸收信号进行采集，最终在计算机（16）中进行显示与存储，得到目标气体的吸收系数；（2）、对于测量多组分气体中目标气体，根据所测气体特征吸收谱线以选取测量波段；谱线的选取首先应当避免与其他气体交叉干扰，其次为满足检测精确度和灵敏度的要求，选择线强最强的谱线；（3）、将待测气体由进气口通入气体吸收池（11），通过压力控制器控制腔内压强，根据选择的谱线设置激光器的中心波长，通过激光控制单元（14）周期性改变激光器电流扫描波长，获得完整的气体吸收光谱，最终将探测器接收的吸收光谱信号与HITRAN数据库中目标气体的吸收谱线进行对比；（4）、利用HITRAN数据库提供的谱线参数对目标气体的浓度进行反演，反演过程基于郎伯‑比尔定律。