[发明专利]具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法

权利要求书

1.一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：包括用于发射激光光束的激光器、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ、自校准气室、光纤准直器Ⅱ和光电探测器；

所述自校准气室包括呈圆柱状的壳体Ⅰ和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿；所述壳体Ⅰ内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔，且壳体Ⅰ轴向方向两端对称设有用于固定光纤准直器Ⅰ的固定孔Ⅰ和用于固定光纤准直器Ⅱ的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ和固定在固定孔Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互正对；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ与容纳腔连通；所述校准气体密封皿呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔内，且校准气体密封皿的径向尺寸大于容纳腔的径向尺寸。

2.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述自校准气室一侧开设有用于供被测气体流入容纳腔的开口，所述开口的长度方向平行于自校准气室的轴向方向。

3.根据权利要求2所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述校准气体密封皿为透明玻璃气体密封皿；所述校准气体密封皿设置有用于注入自校准气体的注入管，所述注入管伸出容纳腔的开口，且注入管伸出容纳腔的开口一端设置有与注入管开口密封配合的顶盖。

4.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述容纳腔内壁下沉形成与校准气体密封皿外壁匹配的卡槽，所述校准气体密封皿卡接在卡槽内。

5.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：还包括控制模块；

所述控制模块与激光器连接，用于控制和调整激光器发射的波长；所述控制模块与光电探测器连接，用于接收和处理测量到的气体浓度信号；

所述激光器固定设置于控制模块上，所述激光器的尾纤通过连接法兰Ⅰ与自校准气室的光纤准直器Ⅰ的尾纤相连；

所述光电探测器固定设置于控制模块上，所述光电探测器的尾纤通过连接法兰Ⅱ与自校准气室的光纤准直器Ⅱ的尾纤相连。

6.根据权利要求4所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述自校准气室还包括用于将校准气体密封皿紧固在卡槽中的紧固件，

所述紧固件沿壳体Ⅰ的径向穿过壳体Ⅰ并抵靠在校准气体密封皿外壁上；所述紧固件的长度方向平行于容纳腔的开口宽度方向；所述紧固件与壳体Ⅰ螺纹配合连接。

7.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述自校准气体和被测气体均为甲烷气体。

8.一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置的测量方法，其特征在于：包括步骤：

S1：取下顶盖，通过注入管向校准气体密封皿注入用于自校准的甲烷气体，将密封胶均匀涂在顶盖与注入管扣合一侧，盖上顶盖；

S2：利用气体浓度测定仪对校准气体密封皿重注入的甲烷气体浓度进行测定，得到用于自校准的甲烷气体浓度值为C₁；

S3：对具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置进行校准；

S4：将具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置放置于被测甲烷气体环境中，控制模块控制激光器分别以第一波长模式参数值的设置和第二波长模式实时参数值的设置发射激光光束，光电探测器检测感应到激光光束，从而分别得到第一波长模式对应的甲烷气体浓度C₄和第二波长模式对应的甲烷气体浓度C₅；

S5：根据测量得到的C₁、C₄和C₅，计算得到被测甲烷气体浓度C₆；

所述步骤S3具体为：

S31：设定激光器的两种波长模式，即第一波长模式和第二波长模式，其中，在第一波长模式下甲烷气体不对激光光束产生吸收作用，在第二波长模式下甲烷气体对激光光束产生吸收作用；

将具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置置于无被测气体的空气环境中，将激光器驱动电流设置为默认值，调整激光器温控电流至激光器出射光束波长对准甲烷吸收谱线中心，将当前激光器驱动电流和温控电流记为第二波长模式的初始参数值，并记录当前测量的甲烷气体浓度为C₃；

调整激光器驱动电流至激光器出射光束波长偏离甲烷吸收谱线中心，将当前激光器驱动电流和温控电流记为第一波长模式的参数值，并记录当前测量的甲烷气体浓度为C₂；

S32：将激光器参数设定为第二波长模式的初始参数值，通过激光器温控调节使C₃＝C₂+C₁，将前激光器驱动电流和温控电流记为第二波长模式的实时参数值，完成对具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置进行校准；

所述被测甲烷气体浓度C₆的计算公式为：

C₆＝C₅-C₄-C₁ (1)。