[发明专利]建筑火灾早期特征气体的多组分同时监测系统及方法

权利要求书

1.建筑火灾早期特征气体的多组分同时监测系统，其特征在于：包括有主机箱，主机箱上设有主电源开关、开关电源，主机箱中设有两个半导体激光器，两个半导体激光器分别连接有一个半导体激光控制器，两个半导体激光器共同连接一个信号发生电路，两个半导体激光器的激光信号通过自带的尾纤共同接入2×1光纤合束器，2×1光纤合束器连接1×2光纤分束器，1×2光纤分束器分别与输入光纤连接器、光纤衰减器连接，输入光纤连接器通过输入光纤连接收发光学望远镜，收发光学望远镜的后端设有角反射镜组，收发光学望远镜通过输出光纤连接主机箱上的输出光纤连接器，输出光纤连接器连接校准吸收池，光纤衰减器、校准吸收池的前端激光出射口处分别设有聚焦透镜一、聚焦透镜二，聚焦透镜一、聚焦透镜二前设有平衡探测器，平衡探测器的信号输出端连接锁相放大器一、锁相放大器二，锁相放大器一、锁相放大器二连接数据采集控制模块，数据采集控制模块与半导体激光控制器、信号发生电路控制连接。

2.根据权利要求1所述的建筑火灾早期特征气体的多组分同时监测系统，其特征在于：所述的两个半导体激光器分别为1570nm近红外DFB半导体激光器、1529nm近红外DFB半导体激光器，其对应的两个半导体激光控制器采用1570 nm半导体激光温度电流控制模块、1529nm半导体激光温度电流控制模块。

3.根据权利要求1所述的基于激光吸收光谱的建筑火灾早期特征气体多组分同时监测系统，其特征在于：所述的收发光学望远镜包括有主球面镜、副球面镜、望远镜窗片，副球面镜的后端设有离轴抛物面镜，离轴抛物面镜的一侧设有输入光纤耦合器，输入光纤耦合器与输入光纤连接，主球面镜的前端设有导出光纤耦合器，导出光纤耦合器与输出光纤连接。

4.建筑火灾早期特征气体的多组分同时监测方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）采用中心波长为1570nm的近红外DFB半导体激光器作为CO和CO₂的检测激光光源，将信号发生电路产生的频率为f₀的锯齿波信号叠加在近红外DFB半导体激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描依次通过CO和CO₂气体的吸收线，同时将信号发生电路产生的频率为f₁正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行调制；

（2）采用中心波长为1529nm的近红外DFB半导体激光器作为C₂H₂和HCN的检测激光光源，将信号发生电路产生的频率为f₀的锯齿波信号叠加在近红外DFB半导体激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描依次通过C₂H₂和HCN气体的吸收线，同时将信号发生电路产生的频率为f₂正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行调制；

（3）从两半导体激光器输出的激光经过2×1光纤合束器之后，在同一根单模光纤中就同时存在了两个波长的激光，再经过1×2光纤分束器将其分成两束：一束经过可调节的光纤衰减器到达平衡探测器的参考端；另外一束传输到收发光学望远镜发射，穿过测量区域后被角反射器反射回来耦合到输出光纤中，由导出光纤耦合器耦合入输出光纤传输到达一个内置的充满已知浓度的四种标准混合气体的校准吸收池，用于对检测吸收信号的实时校准；校准吸收池的输出光经过聚焦透镜二聚焦到平衡探测器的信号端，通过参考端和信号端两路信号的差值，消除激光光源、光路中气体扰动造成的光强波动对测量结果的影响；

（4）从平衡探测器输出的信号被分成两路，分别送到相应的锁相放大器一、二中，分别用2f₁和2f₂去解调，得到两个激光波长测量的四种气体吸收的二次谐波信号；把测量到的吸收谱与标准谱进行最小二乘拟合，得到与记录下的当前时间相对应时刻的气体浓度，对浓度值进行估值滤波，然后更新滤波系数，把时间与浓度对应保存并在计算机和监测仪上进行显示；

（5）重复以上步骤实现连续在线监测。