[发明专利]一种免校准的激光光声光谱微量气体检测仪器及方法

权利要求书

1.一种免校准的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，该方法基于一种免校准的激光光声光谱微量气体检测仪器实现，所述的免校准的激光光声光谱微量气体检测仪器包括激光光源(1)、光学准直器(2)、光声池(3)、光热转换元件(4)、传声器(5)、进气阀(6)、出气阀(7)、光源驱动(8)、信号采集与处理电路(9)和工控机(10)；光源驱动(8)接收信号采集与处理电路(9)产生的正弦调制信号对激光光源(1)进行电流调制；激光光源(1)发射的激光经光学准直器(2)入射到光声池(3)中，最后照射到光热转换元件(4)上；光声池(3)上设有进气阀(6)和出气阀(7)；传声器(5)安装在光声池(3)上，用于探测光声池(3)内产生的光声信号；信号采集与处理电路(9)的信号输入端与传声器(5)相连，采集传声器3探测的光声信号后进行数字信号处理；工控机(10)与信号采集与处理电路(9)相连，用于设置信号采集与处理电路(9)的工作参数并对信号采集与处理电路(9)输出的气体浓度测量值进行显示；

所述的方法，具体步骤如下：

首先，光源驱动(8)接收信号采集与处理电路(9)产生的调制信号对激光光源(1)进行调制，实现对激光波长的扫描和正弦调制；激光光源(1)发出的激光经光学准直器(2)入射到光声池(3)，通入到光声池(3)中的气体吸收激光跃迁到高能级，然后在无辐射跃迁到基态的过程中释放热量使空气发生周期性膨胀，进而产生气体光声信号；透射气体后的激光照射到光热转换元件(4)上，同时使空气发生周期性膨胀，产生固体光声信号；传声器7将探测的光声信号转换为电信号后输入到信号采集与处理电路(9)的信号输入端，通过提取在气体吸收光谱中心处的基波以及二次谐波，根据2f/1f计算值反演出待测气体的浓度；最后，工控机(10)对测量结果进行显示和存储。

2.根据权利要求1所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的激光光源(1)是波长可调谐的窄线宽半导体激光光源。

3.根据权利要求1或2所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的光热转换元件(4)是具有高光热转换效率的器件。

4.根据权利要求1或2所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的信号采集与处理电路(9)可同时测量基波和二次谐波信号幅度的信号检测器。

5.根据权利要求3所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的信号采集与处理电路(9)可同时测量基波和二次谐波信号幅度的信号检测器。

6.根据权利要求1、2或5所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的光热转换元件(4)的具有较宽的吸收光谱区域，在待测气体的吸收波长附件的吸光率无明显变化，使产生的固体光声信号中的2f分量幅度几乎为零。

7.根据权利要求3所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的光热转换元件(4)的具有较宽的吸收光谱区域，在待测气体的吸收波长附件的吸光率无明显变化，使产生的固体光声信号中的2f分量幅度几乎为零。

8.根据权利要求4所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的光热转换元件(4)的具有较宽的吸收光谱区域，在待测气体的吸收波长附件的吸光率无明显变化，使产生的固体光声信号中的2f分量幅度几乎为零。

9.根据权利要求1所述的激光光声光谱微量气体检测方法，其特征在于，所述的激光光源(1)经电流调制后，其输出光功率和光波长同时被调制。