[实用新型]一种气体浓度测量装置

说明书

本实用新型公开一种气体浓度测量装置，该装置包括信号源、激光器和光纤耦合器、第一气体吸收池和第二气体吸收池、第一半导体激光探测器和第二半导体激光探测器、数据采集卡和计算机；其通过利用已知浓度气体进行标定后，先利用固定偏置的正弦波使得激光器产生一定波数的激光，通过待测气体后，对采集信号然后进行FFT变换，得到对应变换后的第二项，即二次谐波的幅值，然后通过改变偏置的大小，进而得到不同偏置下的二次谐波的幅值，绘制偏置与二次谐波幅值的关系曲线，然后根据曲线的幅值反演得到待测气体浓度的大小，其中使用数据采集卡采集信号，其在保证实验结果的同时，减少实验器材成本，减小实验装置体积。

技术领域

本实用新型涉及安全测试技术领域，涉及气体测量设备，具体涉及一种气体浓度测量装置。

背景技术

近年来，随着光谱学与激光器技术的迅速发展，可调谐半导体激光器吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)等激光光谱技术应用于各种气体浓度检测领域，采用TDLAS检测具有很多优势，如高稳定性，选择性好，使用寿命长等。采用波长调制的技术应用于TDLAS，可以用于检测低浓度的气体，通过提取二次谐波的幅值与浓度之间成正比的关系得到未知气体的浓度，且由于探测精度高而被广泛应用。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)属于光谱测量的一种，采用可调谐半导体激光器作为探测光源，利用比尔-朗伯定律和波长调制技术，通过检测二次谐波的幅值变化得到精度高的浓度检测限，通过固定偏置的方法找到激光器输出波长逼近气体吸收峰对应波长。其信号源的数量减少，去除了加法器的使用，降低光路中由于加法器导致的噪声，适用于各种在线气体检测的场合，实现污染物排放浓度的高精度在线测量，以及工作环境的安全问题，有害气体浓度范围报警装置，可有效解决现有测量方法及仪器无法实现在线测量的问题。但是，现有的基于TDLAS的波长调制测量微量气体浓度装置中多采用锁相放大器来实现二次谐波的幅值，导致存在如下问题，首先，锁相放大器的价格比较高，其次，锁相放大器的体积较大，不符合便携式测量工具的实际要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气体浓度测量装置，解决现有技术中所存在的价格高、体积大，不符合便携式测量工具的实际要求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种气体浓度测量装置，包括依次设置连接的同光轴的信号源、激光器和光纤耦合器；光纤耦合器的后侧设置有第一气体吸收池和第二气体吸收池，第一气体吸收池和第二气体吸收池分别安装有第一半导体激光探测器和第二半导体激光探测器，第一半导体激光探测器和第二半导体激光探测器的后侧依次设置连接有数据采集卡和计算机。

在以上气体浓度测量装置的方案中优选的是，第一气体吸收池和第二气体吸收池的前侧分别设置有位于光纤耦合器后侧的第一光纤准直器和第二光纤准直器。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的气体浓度测量装置，能够解决现有技术中所存在的价格高、体积大，不符合便携式测量工具的实际要求的问题，其减少信号源的数量，避免使用加法器，降低光路中由于加法器导致的噪声；其适用于多种在线气体检测的场合，实现污染物排放浓度的高精度在线测量，能够有效解决现有测量方法及仪器无法实现在线测量的问题，并解决工作环境的安全问题；具体地，其将传统的模拟信号转换成数字信号，数字信号的抗干扰能力强，在信号的后续反演浓度的过程中便于存储，处理和交换；其可以采用LabVIEW软件对数据进行处理，在程序中采用FFT算法来处理已知信号，进而得到固定偏置下的二次谐波的幅值；其通过双光程来测量待测气体的浓度，严格控制变量法，大大降低实验过程中的噪声影响，从而提高实验的准确度；其可以使用温控粗调激光器的输出波长，再采用固定偏置的高频调制信号精调激光器的输出波长，只使用固定偏置时高频调制信号的幅值，可以大大减少实验中无用数据的传输，提高数据传输的速度；其使用了二次谐波的幅值，但没有采用锁相放大器的提取，而是直接通过FFT得到，使得在保证实验结果不变的前提下，减少了锁相放大器的使用，既减少了实验器材的成本，又减小了实验的装置的体积。