[发明专利]一种非线性扫描波长调制的光声光谱气体浓度检测系统

说明书

本发明公开一种非线性扫描波长调制的光声光谱气体浓度检测系统，属于气体检测领域。包括：控制器，用于输出非线性扫描信号至激光器驱动器，判断反馈信号是否为0，若是，提取二次谐波，反演待测气体浓度，否则，调节非线性扫描信号的中心位置；激光器驱动器，用于将非线性扫描信号转换为电流，和温度信号输出至激光器；激光器，用于在驱动下改变输出波长，在气体吸收峰的中心波长附近扫描，激励非线性调制光；光声池，用于在非线性调制光照射下，产生相应的声波信号；探测器，用于探测非线性调制声波信号，转换为电信号输出至控制器。本发明通过非线性扫描信号波长调制实现气体吸收峰值部分采样点数增加，提高气体浓度检测灵敏度和稳定度。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，更具体地，涉及一种非线性扫描波长调制的光声光谱气体浓度检测系统。

背景技术

光声光谱是一种基于光声效应的技术。在谐振式光声光谱气体检测系统中，激光器向光声池发射波长可调的激光照射气体，气体分子吸收特定波长的光后发生跃迁到高能态，处于高能态的气体分子通过与其他分子碰撞将吸收的能量以热能形式耗散而回到低能态，该热能会呈现出与光源调制频率相同的周期性变化从而产生声波，通过微音器对声音信号进行探测，经过信号采集处理获得谐波信息，通过反演得到气体浓度。

传统的波长调制式光声光谱气体检测采用三角波或锯齿波等线性电流方法调谐激光器以实现波长扫描，但是在波长扫描范围内采样点数可以看作线性均匀分布，而气体浓度信息主要集中于气体吸收光谱峰值区域位置，即有用信息集中产生于某个中间窗口区域。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种非线性扫描波长调制的光声光谱气体浓度检测系统，其目的在于有效增加峰值处数据点个数，提升系统稳定性和检测灵敏度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非线性扫描波长调制的光声光谱气体浓度检测系统，该系统包括：

控制器，用于输出非线性扫描信号至激光器驱动器，接收探测器输出的反馈信号，判断反馈信号是否为0，若是，提取此时反馈信号中的二次谐波，反演得到待测气体的浓度，否则，调节非线性扫描信号的中心位置使其处于待测气体吸收线峰值处；

激光器驱动器，用于将非线性扫描信号转换为电流，输出非线性电流信号和温度控制信号至激光器；

激光器，用于在非线性电流信号和温度控制信号驱动下改变输出波长，使其在待测气体吸收峰的中心波长附近扫描，激励非线性调制光；

光声池，用于在非线性调制光照射下，待测气体发生光声效应，产生相应的声波信号；

探测器，用于探测光声池内产生的非线性调制声波信号，转换为相应的电信号并输出至控制器。

优选地，所述非线性扫描信号的波形为每个周期内连续可导且斜率变化的函数。

有益效果：针对线性扫描信号突变产生噪声的问题，本发明通过采用连续可导的非线性函数，由于连续可导的非线性扫描信号不是突变的，避免了噪声的引入，从而避免了因噪声而引起的气体浓度信息的偏差。

优选地，非线性扫描函数的斜率在每个周期内的变化是中间小两边大。

有益效果：针对现有技术气体吸收光谱峰值区域扫描时间不足问题，本发明通过选用斜率中间小两边大的非线性扫描函数，由于气体浓度信息主要对应于扫描信号的中心，实现了延长扫描信号对应气体吸收光谱峰值区域的扫描时间，增加了气体吸收谱线峰值处的采样点数，获得更为精准的气体浓度信息。

优选地，非线性扫描函数为双曲正弦函数。

优选地，利用锁相放大器提取二次谐波信号。

优选地，待测气体的浓度通过以下方式获得：