[发明专利]一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统及方法，包括依次连接的信号板、激光驱动器、激光器和指示光光源，信号板将调制信号与扫描信号叠加发送给激光驱动器，调制激光器发射的激光波长，激光器发出的激光和指示光光源发出的指示光经同轴准直系统准直为同轴光源；还具有离轴抛物面镜和角反射镜，同轴光源穿过离轴抛物面镜，经过被测大气到达角反射镜；还具有光电探测器和数据处理模块，角反射镜反射后的光束再次经过被测大气，经离轴抛物面镜反射后，发送给光电探测器，光电探测器将接收到的光束信号发送给数据处理模块处理实现N2O检测。

技术领域

本发明涉及气体检测领域，具体为一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

N2O(氧化亚氮)是一种温室气体，虽然N2O在大气中的含量相较于CO2(二氧化碳)而言极低，属于痕量气体，但其温室效应却是CO2的298倍，对大气环境及生态造成了重大影响。因此，需要利用检测系统和方法获取大气中N2O的浓度水平。

现有的获取气体浓度的检测装置通常利用半导体激光器的可调谐性和窄线宽性，通过选择待测气体的某项特定的吸收光谱线进行测量，可排除其他气体的光谱的干扰，实现待测气体浓度的快速在线检测。此类气体浓度检测装置的吸收路径主要是多反射气池，可以实现快速响应时间和较低的检测极限，但是它们大多数是封闭路径系统，严重限制了连续测量在远程或便携式实地研究中的实际适用性。检测时的波长调制过程中，需要先对采集得到的信号进行解调，以通过提取吸收信号的二次谐波信号来表征气体浓度。在中心频率处，二次谐波信号的幅值会受到激光光强的影响，在实际测量过程中，窗片抖动、散射等因素都会影响光强，进而使得最终获取的气体浓度结果误差增大。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统及方法，由一个镀金膜的离轴抛物面镜和角反射镜构成的简单回路，采用了一次谐波信号归一化波长调制检测(WMS-2f/1f)的谐波比率方法，运用中心频率处的二次谐波信号值与一次谐波信号值的比值，来消除激光器光强抖动的影响，从而有效提升N2O气体浓度的检测结果准确度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统，包括：

包括依次连接的信号板、激光驱动器、激光器和指示光光源，信号板将调制信号与扫描信号叠加发送给激光驱动器，调制激光器发射的激光波长，激光器发出的激光和指示光光源发出的指示光经同轴准直系统准直为同轴光源；

还具有离轴抛物面镜和角反射镜，同轴光源穿过离轴抛物面镜，经过被测大气到达角反射镜；

还具有光电探测器和数据处理模块，角反射镜反射后的光束再次经过被测大气，经离轴抛物面镜反射后，发送给光电探测器，光电探测器将接收到的光束信号发送给数据处理模块处理实现N2O检测。

信号板将高频调制信号叠加在低频扫描信号上发送给激光器的驱动系统。

离轴抛物面镜具有孔，用于准直后的同轴光源穿过。

离轴抛物面镜和角反射镜同轴布置且两者表面均镀金膜。

离轴抛物面镜和角反射镜之间的空间为待检测大气。

数据处理模块包括连接在一起的锁相放大器，信号采集卡和计算机。

锁相放大器接收光束信号解调出一次谐波信号与二次谐波信号。锁相放大器滤除多余的谐波信号。

本发明的第二个方面提供基于上述一种基于开放光路和波长调制的N2O检测系统的系统，包括以下步骤：