[发明专利]一种激光吸收光谱技术在线检测人体呼吸标识性气体浓度的装置及方法

摘要

本发明公开了一种激光吸收光谱技术在线检测人体呼吸标识性气体浓度的装置及方法，激光器温度控制板和激光器电流控制板控制DFB激光器，信号发生板产生锯齿波和正弦波，使激光器输出特定吸收波长的激光经光纤准直器准直后进入光声气体池，经两片高反射率凹面镜多次反射与待测气体发生作用，由微型麦克风探测到的光声信号送入前置放大器后进入锁相放大器，最终由电脑和数据采集卡采集和处理。测试人通过呼吸气嘴吹气进入水汽干燥瓶去除水汽后进入光声气体池，且气压控制泵，温度检测计和压力检测计控制池内压力，并进行温度和压力的采集用于反演浓度校准。本发明设计独特、结构新颖，原位在线检测，避免了其他检测技术的复杂性，提高了检测精度。

主权项

一种激光吸收光谱技术在线检测人体呼吸标识性气体浓度的装置，其特征在于，该装置分为以下三个部分：一是光学系统，二是信号监测与收集处理系统，三是气路系统，其中，光学系统包括：激光器温度控制板(1)，激光器电流控制板(2)，DFB激光器(3)，信号发生板(4)，FC/APC的尾纤(5)，光纤准直器(6)，平面高反射镜片(7)，光声气体池(8)，石英窗片(9)，激光光束(10)和两片高反射率凹面镜(11)；信号监测与收集处理系统包括：微型麦克风(13)，前置放大器(14)，锁相放大器(15)，电脑(16)和数据采集卡(17)；气路系统包括：呼吸气嘴(18)，气管(19)，水汽干燥瓶(20)，进气嘴(21)，出气嘴(22)，气压控制泵(23)，温度检测计(24)和压力检测计(25)；激光器温度控制板(1)，激光器电流控制板(2)控制DFB激光器(3)输出特定波长的激光，信号发生板(4)产生低频锯齿波和高频正弦波的调制信号，调制信号进行叠加加在DFB激光器(3)的引脚上，对激光器的输出波长产生调制，调制以后的激光光束通过FC/APC的尾纤(5)与光纤准直器(6)连接，准直以后的激光光束通过平面高反射镜片(7)反射后透过光声气体池(8)的石英窗片(9)进入光声气体池(8)，进入光声气体池(8)的激光光束(10)经两边的两片高反射率凹面镜(11)多次反射，在光声气体池(8)中对待测气体(12)形成多次作用，光声信号经过安装在光声气体池(8)中部的微型麦克风(13)获得，微型麦克风(13)获得的吸收光声信号送入前置放大器(14)进行信号的放大，放大以后的信号由锁相放大器(15)完成信号的解调获得待测气体的二次谐波信号，二次谐波信号由安装在电脑(16)内部的数据采集卡(17)采集进行后续的处理和气体浓度的反演，光声气体池(8)中安装有温度检测计(24)和压力检测计(25)用于实时检测光声气体池内部的温度和压力用于对所检测气体浓度进行实时修正；待测气体(12)为人类呼吸气体通过呼吸气嘴(18)收集以后，经过气管(19)进入水汽干燥瓶(20)中的浓硫酸溶液去除水汽后通过进气嘴(21)进入光声气体池(8)形成待测气体，气体通过出气嘴(22)，压力泵(23)和压力检测计(25)控制排出光声气体池(8)。