[发明专利]多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置和方法

说明书

多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置和方法，涉及多通池内气体吸收光谱和吸收光程的同步测量技术，为了解决现有的定量气体检测中多通池的光程和气体吸收光谱分开测量且光程的测量精度不高的问题。可调谐光源输出的激光分别入射至辅助干涉仪和主干涉仪；辅助干涉仪用于产生时钟信号，并发送给数据采集卡的时钟端；主干涉仪的光路中包括本征光和测试光，测试光在多通池内传输后与本征光发生拍频相干；数据采集卡用于对主干涉仪产生的拍频相干信号进行采集，并发送给计算模块；计算模块用于根据拍频相干信号计算吸收光程和吸收光谱。本发明适用于同步测量吸收光谱和吸收光程。

技术领域

本发明涉及多通池内气体吸收光谱和吸收光程的同步测量技术，属于激光吸收光谱和气体传感领域。

背景技术

在激光吸收光谱技术中，多通池被广泛用于延长吸收光程，提高测量的灵敏度，其中最常用的多通池是基于怀特型和赫里奥特型设计的。为了满足实际不同的测量要求，开发出了不同类型的多通池，例如光学矩阵型气池、圆柱镜子组合型气池。为了实现装置的高度紧凑，出现了诸如混沌光学多通腔体和圆形多反射气池等设计类型。

对于定量气体检测，必须精确确定吸收光谱和多通池的光程。现有检测中，气体吸收光谱和吸收光程通常分别独立地测量。吸收光程是在获取气体吸收光谱之前通过机械测量法、气体吸收光谱法、相移法、或干涉技术来进行校准。但是，由于结构变形，特别是在恶劣环境下的长期测量中，多通池的预校准光程可能会发生变化，导致测量精度下降。另一方面，在需要不同光学深度的应用场合下，虽然多通池的光程可通过调整反射镜间隔或激光对准调整反射次数来改变，但过程复杂且耗时。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的定量气体检测中多通池的光程和气体吸收光谱分开测量且光程的测量精度不高的问题，从而提供多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置和方法。

本发明所述的多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置，该装置包括：可调谐光源1、辅助干涉仪、主干涉仪、数据采集卡10和计算模块11；

可调谐光源1输出的激光分别入射至辅助干涉仪和主干涉仪；

辅助干涉仪，用于产生时钟信号，并发送给数据采集卡10的时钟端；

主干涉仪的光路中包括本征光和测试光，测试光在多通池内传输后与本征光发生拍频相干；

数据采集卡10，用于对主干涉仪产生的拍频相干信号进行采集，并发送给计算模块；

计算模块11，用于根据拍频相干信号计算吸收光程和吸收光谱。

优选的是，可调谐光源1输出的激光经第一耦合器2-1分成两路光，一路光入射至辅助干涉仪，另一路光入射至主干涉仪。

优选的是，辅助干涉仪包括第三耦合器2-3、第一法拉第旋转镜5-1、第二法拉第旋转镜5-2和光纤6；

第三耦合器2-3是分光比为50:50的2×2的耦合器；

第一耦合器2-1输出的一路光经第三耦合器2-3分成两路，一路光经第一法拉第旋转镜5-1反射后耦合进入第三耦合器2-3，另一路光经光纤6后入射至第二法拉第旋转镜5-2，再经第二法拉第旋转镜5-2反射后耦合进入第三耦合器2-3，第三耦合器2-3输出拍频相干信号，然后经TTL时钟发生器9产生方波信号，该方波信号即为时钟信号。

优选的是，主干涉仪包括第二耦合器2-2、第四耦合器2-4、偏振控制器3、光纤环形器4和平衡探测器8；

第二耦合器2-2是1×2的耦合器，第四耦合器2-4是分光比为50:50的2×2的耦合器；