[发明专利]一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统

摘要

本发明设计了一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统与方法，所用元件包括：窄线宽激光光源、光调制模块、光学衰荡腔和信号采集与处理模块。首先，测量光调制模块对驱动信号的响应延迟时间；然后，调节两束窄线宽激光的中心波长位于同一或相邻吸收峰，采集光通过充有待测气体的衰荡腔出射的光强衰减曲线；选取入射光被完全阻断的时刻作为拟合衰荡信号的起始点对数据进行拟合，得到双波长分别对应的指数衰减系数；最后利用双波长衰减系数的差与气体浓度的关系得到气体组分摩尔分数。本发明利用随机振动实现衰荡腔对双波长的分时选频功能，结构简单、成本低、对测量环境适应性强，在气体检测领域有较高的使用价值和广阔的应用前景。

主权项

1.一种随机振动驱动衰荡腔免标定气体浓度测量系统与方法，包括窄线宽激光光源、光调制模块、光学衰荡腔和信号采集与处理模块，窄线宽激光光源发出两束不同波长的单波长激光，光源发出的激光通入光调制模块，且光调制模块周期性地关断光，由一组高反射率反射镜构成的光学衰荡腔本质上是一个窄带的光频滤波器，在随机振动的驱动下腔体长度决定了窄带选频的中心位置，在光调制模块的出射光与腔体纵模频率位置重合的时刻，光被耦合进充有待测气体的光学衰荡腔中，经过反射镜的多次往复反射后出射的光强衰减信号被导入到信号采集与处理模块，信号采集与处理模块用指数函数对光强衰减信号进行拟合得到指数衰减系数，再结合吸收谱线线型及环境温度值进行计算，实现被测气体浓度的测量，其特征在于，利用两束不同波长的窄线宽激光信号作为衰荡腔的入射光分别对应的指数衰减系数的差与气体浓度之间的关系实现免标定的衰荡腔测量浓度方法，且利用随机振动引起的腔长变化改变腔体纵模的位置，使得两个波长可以分时耦合进衰荡腔中，实现对两束不同波长下的光强衰减信号的分时采集，通过选取入射光被完全阻断的时刻作为拟合衰荡信号的起始点对振动噪声导致的光强波动进行抑制，实现随机振动驱动衰荡腔的免标定气体浓度测量。/n