[发明专利]便携式中红外高灵敏度多组分气体测量分析系统

说明书

本发明涉及一种便携式中红外高灵敏度多组分气体测量分析系统，属于激光测量技术领域，包括光参量振荡器、吸收池和数据处理系统；光参量振荡器的光经分束器A分为两路，一路经吸收池、探测器A分别连接数据处理系统和数字锁相放大器，数字锁相放大器与数据处理系统连接；另一路连接有分束器B，并分为两路，两路分别经探测器B和迈克尔逊干涉仪连接至数据处理系统；数据处理系统还连接有电流驱动模块和温度控制模块，所述电流驱动模块和温度控制模块均与光参量振荡器连接。本发明可实时高灵敏度探测多种类窄分子和宽分子光谱物质。

技术领域

本发明涉及一种便携式中红外高灵敏度多组分气体测量分析系统及其工作方法，属于激光测量技术领域。

背景技术

我国大气污染的主要原因是由于工业、化工园区等行业污染气体排放以及二次污染造成的。这些主要污染气体包含有机物如烷烃、苯等有机物以及硫化氢、氨气等无机物。随着国家政府部门监督力度越来越大，这些化工园区普遍采用了传统的电化学方法作为监测手段。但是对于化工园区一些痕量气体的泄漏监测，所采用的方法具有灵敏度低、组分单一等缺陷。尽管质谱技术手段可以实现高灵敏度多组分气体探测，但采集和处理时间在1个小时以上，测量周期长、实时性差。

利用光学手段的多组分气体测量具有实时性强的特点，如光声光谱方法和傅里叶光谱仪。光声光谱只能测量窄光谱气体分子(2nm)如甲烷、氨气等，不能测量宽广谱气体分子光谱(100nm)如丙酮、丙烷等。傅里叶光谱仪可以测量窄线宽和宽光谱气体分子，但是测量灵敏度比较低，一般在ppm级别。

因此，发明一种便携式高灵敏度多组分气体测量装置对于分析气体微量成分具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种便携式中红外高灵敏度多组分气体测量分析系统及其工作方法，结构简单紧凑、灵敏度高，可实时高灵敏度探测多种类窄分子如甲烷、硫化氢等和宽分子光谱物质如烃化合物。

本发明采用以下技术方案：

一种便携式中红外高灵敏度多组分气体测量分析系统，包括光参量振荡器、吸收池和数据处理系统；

所述光参量振荡器的光经分束器A分为两路，一路经吸收池、探测器A分别连接数据处理系统和数字锁相放大器，数字锁相放大器与数据处理系统连接；另一路连接有分束器B，并分为两路，两路分别经探测器B和迈克尔逊干涉仪连接至数据处理系统；

另外一路光信号经过分束器B分束后，分别经碲镉汞探测器B(MCT)转化为电信号(用于监测激光能量变化)，和迈克尔逊干涉仪后转为电信号(用于实时监测激光波长变化)，两路电信号被数据处理系统采集；

所述数据处理系统还连接有电流驱动模块和温度控制模块，所述电流驱动模块和温度控制模块均与光参量振荡器连接。

当测量宽分子光谱时，采用腔积分输出光谱方法，此时电信号直接经数据处理系统采集；当测量窄分子光谱时，另外一路信号进入到数字锁相放大器，获得驱动电流调制频率的二次谐波信号(具体原理属于现有技术)，经数据处理系统采集。

优选的，所述光参量振荡器包括可调谐蝶形半导体激光器、光纤放大器、激光透镜和高反射率环形泵浦腔，所述高反射率环形泵浦腔包括高反射镜片A、MgO:PPLN晶体、高反射镜片B、高反射镜片C、标准具和高反射镜片D；

可调谐蝶形半导体激光器发出的激光通过光纤放大器放大后，经激光透镜整形后，进入高反射率环形泵浦腔，依次经过高反射镜片A、MgO:PPLN晶体、高反射镜片B、高反射镜片C、标准具、高反射镜片D，又返回至高反射镜片A、MgO:PPLN晶体、高反射镜片B，耦合输出中红外波段激光。

为了防止镜片对中红外激光的吸收，高反射镜片A、高反射镜片B、高反射镜片C、高反射镜片D均采用CaF₂材料。