[发明专利]一种多组分痕量气体传感器检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种多组分痕量气体传感器检测系统，包括第一光源驱动器、第二光源驱动器、第一耦合器、第二耦合器、第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、光声气室、前置放大器、数据采集器、锁相放大器、信号发生器以及计算机系统，其特征在于：所述第一光源驱动器分别与第一激光器、第三激光器相连，所述第二光源驱动器分别与第二激光器、第四激光器相连；所述第一耦合器的一端通过光纤分别与第一激光器、第三激光器相连，另一端通过光纤与光声气室的一端相连；所述第二耦合器的一端通过光纤分别与第二激光器、第四激光器相连，另一端通过光纤与光声气室的另一端相连；在所述光声气室中产生的信号通过微音器与前置放大器的输入端相连，所述前置放大器的输出端与锁相放大器的输入端相连；所述信号发生器的调制信号输出端分别与第一光源驱动器和第二光源驱动器的调制信号输入端相连，所述锁相放大器的信号输出端和数据采集器相连，数据采集器的输出端与计算机系统相连。

2.根据权利要求1所述的多组分痕量气体传感器检测系统，其特征在于：所述光声气室是一种通过光声效应产生声波进而对声波进行放大滤波的一种装置，光声气室内部设置有缓冲室和共振腔，光声气室的一端设置有第一准直器，另一端设置有第二准直器，所述第一激光器、第三激光器的信号经过第一耦合器耦合处理后通过第一准直器进入缓冲室，然后再进入共振腔；所述第二激光器、第四激光器的信号经过第二耦合器耦合处理后通过第二准直器进入缓冲室，然后再进入共振腔；所述光声气室的上方还设有进气口和出气口。

3.根据权利要求1所述的多组分痕量气体传感器检测系统，其特征在于：所述微音器设置在光声气室的下方声波波腹处，通过光纤与前置放大器相连接，微音器的信号经过前置放大器放大处理后输出进入锁相放大器的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的多组分痕量气体传感器检测系统，其特征在于：所述第一、第二、第三、第四激光器均为分布反馈半导体激光器。

5.一种多组分痕量气体传感器检测系统的检测方法，包括以下步骤：

打开电源，通过光源驱动器分别给第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器供电，分别打开第一激光器、第三激光器和第二激光器、第四激光器；

第一激光器和第三激光器发射的激光经过第一耦合器进行光耦合之后再通过第一准直器进入光声气室，同时第二激光器和第四激光器发射的激光经过第二耦合器进行光耦合之后再通过第二准直器进入光声气室，然后通过频分复用的方法对四种不同的气体进行检测；

打开电源的同时，通过进气口从外界输入已配置好浓度的多组分痕量气体，气体通过缓冲室进入共振腔，与激光在共振腔发生光声效应，在光声气室中由光声效应产生的声波在共振腔中形成驻波的形式，然后二次谐波光声信号可以通过驻波的放大作用在共振腔中获得共振加强；

从光声气室中得到的二次谐波光声信号通过微音器将信号收集起来，通过前置放大器将光声气室中产生的微弱的压电信号进行放大转为谐波电压，然后经过锁相放大器进行检测，解调信号，最后通过数据采集器将信号采集出来，通过计算机系统进行数据的处理后将结果显示出来。

6.根据权利要求5所述的多组分痕量气体传感器检测系统的检测方法，其特征在于：所述光声气室可根据共振腔的大小、长度等参数计算出共振腔的固有谐振频率，在对信号发生器中的正弦信号设置调制频率时，应考虑共振腔的固有频率，当二倍的调制频率恰好可以在共振腔内产生谐振时，二次谐波在光声气室中放大效果最好。

7.根据权利要求5所述的多组分痕量气体传感器检测系统的检测方法，其特征在于：运用时分复用的方法，把信号发生器的调制频率设定为f1、f2,将信号发生器中调制频率为f1的正弦信号与锯齿波进行叠加，作为第一激光器的驱动信号，将信号发生器中调制频率为f1的正弦信号与延迟半个周期后的锯齿波进行叠加，作为第三激光器的驱动信号；同理，将信号发生器中调制频率为f2的正弦信号与锯齿波进行叠加，作为第二激光器的驱动信号，将信号发生器中调制频率为f2的正弦信号与延迟半个周期后的锯齿波进行叠加，作为第四激光器的驱动信号。

8.根据权利要求4所述的多组分痕量气体传感器检测系统的检测方法，其特征在于：通过所述第一耦合器连接的第一激光器、第三激光器与通过所述第二耦合器连接的第二激光器、第四激光器运用频分复用的技术分别从光声气室的左右两侧进行光路的射入。