[发明专利]基于波分复用技术的多组分痕量气体在线检测装置和方法

说明书

本发明提供一种基于波分复用技术的多组分痕量气在线体检测装置和方法，衰荡腔内通入含有m种组分的待测气体，激光控制中心控制m个可调谐激光器发出波长为λsubgt;m/subgt;激光信号，多路激光信号经合波器后合成一束激光信号，合束后的激光信号经光分束器分为能量比为99:1的两束激光信号，99％能量的激光信号经保偏光纤传输到光隔离器，99％能量的激光信号通过光隔离器后传输到分波器，中央数据处理及控制中心使经分波器分波后的多路激光信号按照特定频率依次通过，并经光纤准直器准直后耦合到光衰荡腔中并与光学系统共振；1％能量的激光信号传输到校准系统中，并根据波长与之一一对应；光电转换器捕捉校准信息并传输到中央数据处理及控制中心，光电探测器捕捉激光信号，并将捕捉信息传输到中央数据处理及控制中心，得到衰荡时间，计算待组分测气体浓度。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种基于波分复用技术的多组分痕量气体在线检测装置和方法。

背景技术

随着石油、煤炭、化工、汽车等工业的不断发展，人类生产活动过程中产生了大量污染环境、有毒有害、易燃易爆的废气。这些气体虽然浓度很低，但对人类健康、大气环境等均有不同程度的影响。为了降低废气对于人体健康的危害，需要实时监测多组分的有害气体并保护人类的生存环境，保障企业安全稳定生产。

而目前的气体浓度检测方法不但仅能检测单一气体浓度，而且存在灵敏度低、响应速度慢、稳定性差、不能在线检测等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于波分复用技术的多组分痕量气体在线检测装置和方法，相对于现有的检测方法，具有灵敏度高、响应速度快、准确性高、稳定性强、能在线检测等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于波分复用技术的多组分痕量气体在线检测装置，其包括：

激光控制中心、至少一个可调谐激光器、保偏光纤、掺铒保偏光纤、至少一个光开关、光分束器、光隔离器、光纤准直器、光衰荡腔、至少一个分波器、光电探测器、中央数据处理及控制中心、泵浦源、特征吸收谱线校准系统和光电转换器。

其中，所述光纤准直器由光纤和准直透镜组成。

其中，所述准直透镜可为C-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统。

其中，所述透镜系统主要有棱镜、正透镜和负透镜组成。

其中，所述光衰荡腔中的光学系统由一对反射率高达0.99999的高反镜组成，并满足稳定腔条件。

本发明还提供采用上述在线检测装置进行多组分痕量气体测量方法，其包括：

第一步，在光衰荡腔内通入一种含多种杂质组分的待测气体；

第二步，激光控制中心控制可调谐激光器发出的激光信号波长λ_m，使得波长λ_m为待测组分气体特征吸收峰所对应波长；

第三步，波长为λ_m的多路激光信号经合波器后合成一束激光信号；

第四步，可选择的，若可调谐激光器发出的激光信号能量小于10mW，根据使用要求，需要在合波器位置处接入泵浦源，并且在合波器与第一分波器之间的任一光纤位置，将保偏光纤连接改为掺铒保偏光纤，实现光功率放大；

第五步，合束后的激光信号经光分束器分为能量比为99∶1的两束激光信号；

第六步，99％能量的激光信号经保偏光纤传输到光隔离器，99％能量的激光信号通过光隔离器后传输到分波器；

第七步，激光信号经第一分波器后，分为波长为λ_m的多路激光信号，经保偏光纤传输到第一光开关；