[发明专利]分布式TDLAS气体检测系统及方法

说明书

技术领域

本申请属于气体浓度测量技术领域，特别是涉及一种分布式TDLAS气体检测系统及方法。

背景技术

作为用于测量气体浓度值的一个方法，TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)测量法是一种光检测器和其它元件不与被分析气体相接触的非接触式测量法。

在采用TDLAS测量法测量气体的浓度时，将以电流按照一定频率f调制了波长的入射激光导入装有一种或多种要分析的目标气体的测量气室中，并且利用气体传感测量装置的光电传感装置检测已通过该气体并返回的透射激光的光功率。该待测气体可以包含多种气体成分，其中各种特定的气体成分分别具有特定波长的吸收特性。因此，在将具有特定频率f的入射激光导入待测气体时，入射激光在该待测气体的目标气体成分的特定频率f附近被强烈吸收。设法获取入射激光被目标气体成分吸收的强度，并参照入射激光的强度，可以反演计算出待测气体中目标气体成分的浓度。

现有的TDLAS检测系统在检测每个测量气室中的目标气体浓度时，每个测量气室均需要对应于测量气室配置一套完整的TDLAS气体检测系统；相对于测量气室，激光发出与转换接收部分以及测试和分析装置的价格昂贵得多。

因此，基于如上的原因，造成现有的TDLAS气体检测系统，不但激光发出与转换接收部分与测试和分析装置使用效率低下，而且为实现多个测量位置的气体浓度检测，需要相应地配置相同数量的TDLAS气体检测系统，这就使购买及使用成本以及设备维护成本比较高，TDLAS检测系统难以普及应用。

发明内容

本申请实施例的目的，在于提供一种分布式TDLAS气体检测系统，该系统可以同时配置多个测量气室，并检测系统中各个测量气室中目标气体的浓度，提高了TDLAS气体检测系统的使用效率，降低了检测气体浓度所需的成本。

为达到上述目的，本申请实施例公开了一种分布式TDLAS气体检测系统，包括激光发出与转换接收部分、测试和分析装置、光路切换装置及不少于两个的测量气室；其中：

所述激光发出与转换接收部分，根据气体吸收光谱，确定目标气体吸收峰的中心位置，产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光；将所述入射激光输入到所述光路切换装置后，依照所述激光发出与转换接收部分具有的单向环形传输特性接收所述入射激光被目标气体吸收后反射回的透射激光；对所述透射激光进行光电转换、锁相放大和模数转换后，将转换得到的透射激光数字电信号输入至所述测量和分析装置；

所述测试和分析装置，向所述光路切换装置输出指令，调整所述光路切换装置将所述入射激光输入至指定测量气室光路；接收所述激光发出与转换接收部分发出的透射激光数字电信号，获得透射激光的光功率-电流实际曲线，从而获得所述目标气体的吸收曲线，根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点，分别获得所述电流点上对应的吸收峰中心位置的入射光强和透射光强，反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值；

所述光路切换装置，包括入射端、出射端；根据所述测试和分析装置的指令，切换所述入射激光导入指定测量气室的光路；在将从所述激光发出与转换接收部分接收的所述入射激光导入到指定测量气室后，将从该指定测量气室接收到的透射激光导入所述激光发出与转换接收部分；

所述测量气室装有待测气体，连接于所述光路切换装置的出射端，用于导入的所述入射激光在待测气体中的目标气体吸收后，将吸收后得到的透射激光反射回所述光路切换装置。

此外，本申请为实现使用一套TDLAS气体检测系统，检测多个测量气室中目标气体浓度的目的，还提供了一种应用以上分布式TDLAS气体检测系统，检测气体浓度的方法，所述方法包括以下步骤：

接收检测指定测量气室中目标气体浓度的指令，调整所述光路切换装置与指定测量气室光路连通；

根据气体吸收光谱，确定目标气体吸收峰的中心位置，产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光；

将所述入射激光输入到所述光路切换装置，所述入射激光经所述光路切换装置进入所述指定的测量气室，经测量气室中的目标气体吸收后得到透射激光；

将所述透射激光进行转换后，获得所述透射激光振幅的数字电信号；

根据所述透射激光振幅的数字电信号，获得透射激光的光功率-电流实际曲线；进而获得所述目标气体的吸收曲线，根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点，分别获得所述电流点上对应的入射光强和透射光强，反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值。