[发明专利]一种气体多组分浓度在位监测方法

说明书

本发明提供了一种气体多组分浓度在位监测方法，包括以下步骤:S1：至少两路激光器通过不同的三角波电流信号调制，以使得每路激光器发射具有不同特点的激光；S2：对多路激光器发射的激光进行耦合，使多路激光穿过同一个气体检测室；S3：通过光电检测器接收穿过检测室的多路激光，并将获取的光强信号发送到锁向放大器进行调解，区分出每路激光的独立数据；S4：对每路激光的独立数据进行计算分析，获得检测室中多组分气体的浓度信息。本发明通过上述方法实现了通过一个光电检测器，一个气体检测室即可检测气体中的多组分成分浓度。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种气体多组分浓度在位监测方法。

背景技术

光学检测技术由于具有高灵敏度、低检测限、快响应性的特点，正成为痕量气体浓度检测的主流方法，被广泛应用到燃烧诊断、工业过程控制、大气痕量检测、医学研究等领域中。其中TDLAS是一种高分辨率的光学测量技术，通过利用激光器的窄线宽和波长调谐特性，对被测气体单一的特征吸收谱线进行扫描，获得目标气体的红外光谱特征信息，从而反演计算出气体的各种参数如浓度，温度等，实现对气体的定性和定量分析。对于各类气体的光谱分布可分为近红外光谱和中红外光谱，其中绝大多数物质在中红外光谱区域都有强的特征吸收谱线，相比于近红外波段要大几个量级，非常有利于光谱的测量，正成为科学研究和工业应用的热点方向。

目前，现有的一套中红外TDLAS系统组成包括：一个中红外激光器、反射镜、一个凹面镜、一个气体吸收池、一个光电探测器、一个锁相放大模块、一个采集与显示模块。现有的TDLAS系统在监测气体内的组分时，一种激光只能监测出一种组分的浓度，若要监测当地环境气体的多组分气体浓度，要么布设多套TDLAS监测系统，要么就对TDLAS的监测系统进行改造，现有的改造方式一般是设置多个激光器，并对应设置与激光器数量对应的多个光电探测器来分别接收各路激光，如此，整套系统的结构复杂，制造成本高，而且体积大。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可同时监测气体中多组分气体的监测方法。。

本发明至少通过如下技术方案之一实现：

一种气体多组分浓度在位监测方法，包括以下步骤:

S1：至少两路激光器通过不同的三角波电流信号调制，以使得每路激光器发射具有不同特点的激光；

S2：对多路激光器发射的激光进行耦合，使多路激光穿过同一个气体检测室；

S3：通过光电检测器接收穿过检测室的多路激光，并将获取的光强信号发送到锁向放大器进行调解，区分出每路激光的独立数据；

S4：对每路激光的独立数据进行计算分析，获得检测室中多组分气体的浓度信息。

作为优选，S1中调制激光器的三角波电路满足以下条件：

其中，I代表驱动电流，ω代表频率，ψ代表相位，a，b，c，d代表三角波调制系数，T代表三角波的周期；S3中，通过锁向放大器以不同的调制频率对穿过气体检测室光强信号进行调解，区分出各路激光的光强数据。

作为优选，多路激光器发出的激光通过抛物面反射镜耦合后平行进入到气体检测室。

作为优选，穿过气体检测室内的多组平行激光通过一个平凸透镜汇聚由一个光电检测器接收。

作为优选，多路激光器发出的激光通过平面反射镜反射后平行进入到气体检测室。

作为优选，所述平面反射镜满足如下约束条件：

其中，Z为表面轮廓的凹陷，Y为光轴径向距离，R为曲率半径，k为二次曲线常数，A_n为n阶非球面系数。