[发明专利]一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法及装置

权利要求书

1.一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：调节激光器的偏置电流至气体吸收谱线中心，此时光声信号为信号光和由于池壁吸收引起的背景信号的叠加，记为第一信号；

步骤二：调节激光器的偏置电流至气体吸收系数低于预设值之处，此时的光声信号为池壁吸收引起的背景信号，记为第二信号；

步骤三：将第一信号减去第二信号得到消除背景干扰的光声信号，根据光声信号与气体浓度之间的比例关系获得目标气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法，其特征在于，所述步骤一包括：

查找数据库中的气体吸收谱线，确定激光器的波长范围，通过光谱仪观察光谱图，调节激光器的偏置电流使激光器的中心波长处于气体吸收谱线正中心，记录此时光声信号幅值，此时光声信号为信号光和由于池壁吸收引起的背景信号的叠加。

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法，其特征在于，所述激光的波长变化表示为：

λ_i(t)＝λ_c+dcos(2πft) (1)

其中，λ_i(t)为入射波长，λ_c为入射光的中心波长，d为调制深度，f为调制频率，t为当前时刻。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法，其特征在于，所述步骤二包括：

调节偏置电流使激光器的中心波长处于气体吸收系数最弱的位置，记录此时光声信号幅值，此时的光声信号为池壁吸收引起的背景信号。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测方法，其特征在于，所述目标气体位于光声池内，光声池内设置光声池共振管，激光器的光入射到光声池，当对激光器的调制频率的二倍频与光声池共振管的共振频率相同时，光声池工作在共振模式，检测到的光声池内的光声信号幅值为：

其中，F为光声池的池常数，γ表示气体的热容比，Q_j表示品质因数，L_C表示共振管的长度，ω_j表示简正模式下的共振角频率，V_C表示光声池的体积，c表示待测气体的浓度，α表示气体分子在特定波长下的吸收系数，P₀表示入射光功率。

6.一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述装置包括：

第一信号获取模块，用于调节激光器的偏置电流至气体吸收谱线中心，此时光声信号为信号光和由于池壁吸收引起的背景信号的叠加，记为第一信号；

第二信号获取模块，用于调节激光器的偏置电流至气体吸收系数低于预设值之处，此时的光声信号为池壁吸收引起的背景信号，记为第二信号；

气体浓度检测模块，用于将第一信号减去第二信号得到消除背景干扰的光声信号，根据光声信号与气体浓度之间的比例关系获得目标气体的浓度。

7.根据权利要求6所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述第一信号获取模块还用于：

查找数据库中的气体吸收谱线，确定激光器的波长范围，通过光谱仪观察光谱图，调节激光器的偏置电流使激光器的中心波长处于气体吸收谱线正中心，记录此时光声信号幅值，此时光声信号为信号光和由于池壁吸收引起的背景信号的叠加。

8.根据权利要求7所述的一种基于光纤光声传感的硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述激光的波长变化表示为：

λ_i(t)＝λ_c+dcos(2πft) (1)

其中，λ_i(t)为入射波长，λ_c为入射光的中心波长，d为调制深度，f为调制频率，t为当前时刻。