[发明专利]一种多组分气体检测系统及方法

权利要求书

1.一种多组分气体检测系统，其特征在于，包括：

频率梳光源模块，包括光学频率梳和可调谐光学滤波器，由所述可调谐光学滤波器选择所述光学频率梳在预定波长处的输出模式作为窄带探测光，带宽能够刚好覆盖目标气体分子单支吸收谱线的完整线型，其通带中心波长可以通过计算机软件控制进行电调谐或手动机械调谐，且具有超宽的调谐范围，可以覆盖多种气体组分的吸收谱线；

光纤分束器，用于将所述窄带探测光平均分为两束光；

双通道光路结构，用于将所述两束光于两个通道传输，分别输出参考光和测量光；

光电检测模块，用于将所述参考光、所述参考光与所述测量光的差分信号分别转换成电信号，有两个电信号输出端，其中一个输出表征所述参考光强度的电脉冲信号，作为参考信号，另一个输出表征所述参考光与所述测量光强度差值的电脉冲信号，作为差分吸收信号；

电信号处理模块，两个独立通道分别对两路输入脉冲信号进行锁相放大，其输出为两路直流信号，用于从所述电信号中提取幅值信息，得到表征目标气体浓度的信号；及

计算模块，接收所述直流信号的采集幅值，用于根据所述表征目标气体浓度的信号，计算目标气体浓度。

2.根据权利要求1所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述可调谐光学滤波器为具有覆盖所述光学频率梳完整输出光谱的宽工作波长范围、与目标气体分子单支吸收谱线宽度相近的窄带通带宽的光学滤波器。

3.根据权利要求1所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述双通道光路结构包含参考通道与测量通道，所述参考通道中设置有光学衰减器，所述测量通道中设置有气体吸收池。

4.根据权利要求1所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述光电检测模块为平衡光电探测器，用于根据所述参考光和所述测量光，分别输出表征参考光强度的电信号、表征参考光与测量光强度差值的电信号。

5.根据权利要求4所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述平衡光电探测器为高速光电探测器。

6.根据权利要求1所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述电信号处理模块包括双通道锁相放大器，所述双通道锁相放大器分别提取表征参考光强度的电信号、表征参考光与测量光强度差值的电信号的幅值信息，得到表征目标气体浓度的信号，其输出为两路直流信号。

7.根据权利要求1所述的一种多组分气体检测系统，其特征在于，所述电信号处理模块还包括射频信号源和双通道混频器，所述射频信号源用于提供两路标准频率信号，通过所述双通道混频器分别对所述光电检测模块输出的电信号进行拍频，拍频后再输入到所述双通道锁相放大器。

8.一种检测方法，应用于权利要求1-7任一项所述的一种多组分气体检测系统，该检测方法包括：

步骤1）通过所述频率梳光源模块，由所述可调谐光学滤波器选择所述光学频率梳在预定波长处的输出模式作为窄带探测光；

步骤2）通过所述光纤分束器将所述窄带探测光平均分为两束，分别于双通道光路结构中的两个通道传输，输出参考光和测量光；

步骤3）通过光电检测模块将所述参考光、所述参考光与所述测量光的差分信号分别转换成电信号；

步骤4）通过电信号处理模块从所述电信号中提取幅值信息，得到表征目标气体浓度的信号；

步骤5）通过计算模块根据所述表征目标气体浓度的信号，计算目标气体浓度。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，该检测方法包括单一组分测量和多组分准同步测量两种工作模式，其中：

A）在单一组分高速测量模式下，设定目标气体组分，完成所述可调谐光学滤波器的通带设置后，执行步骤2）-步骤5），得到目标气体浓度；

B）在多组分准同步测量模式下，根据不同组分气体吸收波长，改变所述可调谐光学滤波器的通带，实现所述窄带探测光波长与不同组分吸收峰的对准，对于其中的每一种目标组分，执行步骤2）-步骤5）；循环所述可调谐光学滤波器的不同通带设置，通过所述窄带探测光波长与不同组分吸收峰的时分复用对准，实现多组分气体的准同步测量。