[发明专利]基于TDLAS的飞机气体灭火剂浓度测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于TDLAS的飞机气体灭火剂浓度测量系统，其特征在于，包括：信号发生器、电流驱动器、温度控制器、量子级联激光器、合束器、He-Ne激光器、通入待测气体的气体吸收池、碲镉汞MCT探测器、数据采集卡和上位机，所述待测气体为飞机气体灭火剂三氟溴甲烷或者五氟乙烷或者其他含C-F键的气体；其中，

所述量子级联激光器的出光口朝向所述合束器，并且所述量子级联激光器的出射光与所述合束器呈45°夹角；所述He-Ne激光器的出光口朝向所述合束器，并且所述He-Ne激光器的出射光与所述合束器呈45°夹角；所述气体吸收池的入光口朝向所述合束器；

所述信号发生器与所述电流驱动器相连，用于将低频锯齿波扫描信号输入至所述电流驱动器中；

所述电流驱动器与所述量子级联激光器连接，用于向所述量子级联激光器输入低频锯齿波扫描电流；

所述温度控制器与所述量子级联激光器连接，用于对所述量子级联激光器进行恒定温度控制，其中，所述恒定温度为预先设置的；

所述量子级联激光器，用于发射覆盖所述待测气体最强吸收线的红外光；

所述He-Ne激光器，用于发射波长为633mm的可见红光；

所述合束器，用于将所述红外光和所述可见红光耦合为入射测量光束；

所述MCT探测器与所述数据采集卡连接，用于测量所述气体吸收池出光口的出射测量光束的激光强度，并将所述激光强度转换为电压信号、经前置放大后传输至所述数据采集卡，所述出射测量光束为所述入射测量光束经所述气体吸收池吸收后得到的光束；

所述数据采集卡与所述上位机连接，用于将前置放大后的所述电压信号发送至所述上位机；

所述上位机，用于将前置放大后的所述电压信号进行反演计算，得到所述待测气体的浓度及变化曲线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述待测气体为所述三氟溴甲烷时，所述待测气体最强吸收线位于1207.729cm^-1。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述待测气体为所述五氟乙烷时，所述待测气体最强吸收线位于1209.158cm^-1。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述量子级联激光器的出光口设置有准直器；所述准直器采用以ZnSe为基底并增加了宽带增透膜的平凸透镜。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述合束器对波长为633nm的可见红光全反射，对8270-8280nm波段的中红外光透射率为80％左右。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体吸收池的入光口和出光口的两侧窗片采用氟化钡材料。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述气体吸收池和所述MCT探测器之间的光阑。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

设置于所述光阑和所述MCT探测器之间的镀有金膜的离轴抛物面反射镜。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MCT探测器采用热电冷却方式进行低温去噪，可探测波长范围为2-12μm。

10.一种基于TDLAS的飞机气体灭火剂浓度测量方法，其特征在于，应用于权利要求1～9任意一项所述的基于TDLAS的飞机气体灭火剂浓度测量系统，所述方法包括：

所述信号发生器将低频锯齿波扫描信号输入至所述电流驱动器中；

所述电流驱动器向所述量子级联激光器输入低频锯齿波扫描电流；

所述温度控制器对所述量子级联激光器进行恒定温度控制，其中，所述恒定温度为预先设置的；

所述量子级联激光器发射覆盖所述待测气体最强吸收线的红外光；

所述He-Ne激光器发射波长为633mm的可见红光；

所述MCT探测器测量所述气体吸收池出光口的出射测量光束的激光强度，并将所述激光强度转换为电压信号、经前置放大后传输至所述数据采集卡，所述出射测量光束为所述入射光束经所述气体吸收池吸收后得到的光束，所述入射测量光束是由所述合束器将所述红外光和所述可见红光耦合得到的；

所述数据采集卡将前置放大后的所述电压信号发送至所述上位机；

所述上位机将前置放大后的所述电压信号进行反演计算，得到所述待测气体的浓度及变化曲线。