[发明专利]一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法

说明书

本发明属于光学气体检测技术领域，具体涉及一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法。所述装置包括信号生成模块、气体成分分析模块、气体浓度检测模块和控制模块；信号生成模块，用于生成激光器驱动信号、调制信号和锁相放大的本地参考信号；气体成分分析模块，通过气体吸收峰的提取和比对进行被测气体中气体成分的分析；气体浓度检测模块，根据气体成分分析的结果采用锁相放大和谐波检测进行气体浓度的反演；控制模块用于控制所述信号生成模块的信号发生、所述气体成分分析模块中的吸收峰比对、以及所述气体浓度检测模块中的相位同步。本发明所述装置和方法能够实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的测量。

技术领域

本发明属于光学气体检测技术领域，具体涉及一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法。

背景技术

冷泉气体是指以气泡或溶解气体的形式随沉积物孔隙水排入海洋中的混合气体，以甲烷、乙烷等烃类气体和硫化氢、二氧化碳、氢气等为主要成分。

海水中冷泉气体的浓度异常既是圈划天然气水合物发育区的直观、有效手段，同时也是分析水合物成因类型、确定水合物成矿气源的有效途径。这是因为当冷泉气体中含有重烃气体成分时，就意味着区域深层沉积中可能存在常规油气资源。因此，对海水中冷泉气体成分和浓度的准确探测具有重要的资源开发价值。

可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术是一种将激光技术应用于吸收光谱测量的气体检测方法。由于其在分辨率、灵敏度和选择性等方面的优势，目前已成为痕量气体快速、在线分析的有效方法之一。

在TDLAS技术的实际应用中，为了提高气体检测的精度和灵敏度，通常会在光源处采用高频正弦波调制技术、在信号接收处采用锁相放大和谐波提取技术。这是因为在气体检测，特别是对痕量气体进行检测时，探测器接收到的光强信号相比于大的背景信号来说是很小的，不利于直接测量浓度，而上述技术的引入能够有效地滤除噪声及背景信号干扰，从而分离出有用信号，最终提高信噪比和探测灵敏度。

现有技术中，TDLAS技术多用于单一气体成分的浓度测量，当被测气体中含有多种气体成分时，通常需要预知所含气体的种类，并据此配置多套激光器及其气体检测通道，系统构成复杂，通用性较差。此外，对于气体检测器的输出信号，通常采用锁相环进行锁相放大，但是锁相环的反馈控制在痕量气体的弱信号检测方面存在不足，并且相位收敛速度较慢。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种冷泉气体成分与浓度检测装置，能够实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的快速、精确测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种冷泉气体成分与浓度检测装置，用于实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的测量；包括信号生成模块、气体成分分析模块、气体浓度检测模块和控制模块；

信号生成模块，用于生成激光器驱动信号、调制信号和锁相放大的本地参考信号；

气体成分分析模块，通过气体吸收峰的提取和比对进行被测气体中气体成分的分析；

气体浓度检测模块，根据气体成分分析的结果采用锁相放大和谐波检测进行气体浓度的反演；

控制模块，用于控制所述信号生成模块的信号发生、控制所述气体成分分析模块中的吸收峰比对、以及控制所述气体浓度检测模块中的相位同步。

进一步地，所述信号生成模块生成激光器驱动信号和线性调频调制信号，用于气体成分分析；所述激光器驱动信号的频率为f_d，为锯齿波；所述线性调频调制信号的频段为f_LFM∈(f_L,f_H)，为正弦波，并且f_Lf_d。