一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，包括第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统；通过使用高精细度四镜环形稳定腔，在实现双组分痕量气体浓度同步在线测量的同时，节省了光隔离器、激光合束器、分光器等元器件，结构紧凑，且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置
本专利技术涉及痕量气体浓度测量
，特别涉及一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置。
技术介绍
痕量气体浓度测量技术在环境监控、资源勘探、医疗诊断等诸多领域有着广泛应用。腔衰荡光谱技术是一种直接吸收型光谱技术，相比于其他检测方法，具有以下优势：1)该技术直接测量量为时间，从而减小了由光源光强起伏带来的测量误差；2)利用高精细度稳定谐振腔，该技术将气体浓度测量有效光程扩大了103～105倍，相比于传统直接吸收型光谱技术，具有更高的灵敏度，适合痕量气体浓度测量；3)该技术相比于荧光、声光等非直接吸收型光谱技术，具有免定标的优势。腔衰荡光谱技术通常被认为是单波长光谱技术，若采用宽光谱光源进行测量，则需要使用光栅光谱仪或分光光度计等复杂结构。另一方面，利用该技术研制生产的常见痕量气体浓度测量装置，通常会采用光隔离器、声光或电光开关、压电陶瓷位移控制器(PZT)等元器件。这些元器件的使用虽然对测量精度和稳定性有所提高，但是成本增加、结构复杂、体积增大、功率消耗增长等弊端不利于该技术及其测量装置在一些特定环境下使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种可以同步在线测量两种痕量气体浓度，且结构紧凑，成本较低的新型的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置。基于上述目的，本专利技术实施例提供一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统；所述谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜；所述第一可调谐连续激光器发出的激光经所述第一聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第一腔镜后经所述第二腔镜和第三腔镜反射后依次透过所述第四腔镜、第一聚焦透镜和第一窄带滤光片，最终入射到所述第一光电探测器；所述第二可调谐连续激光器发出的激光经所述第二聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第二腔镜后经所述第一腔镜和第四腔镜反射后依次透过所述第三腔镜、第二聚焦透镜和第二窄带滤光片，最终入射到所述第二光电探测器；所述第一光电探测器和所述第二光电探测器分别与所述信号采集分析控制系统电连接，所述信号采集分析控制系统与所述激光控制器连接，所述激光器控制器分别与所述第一可调谐连续激光器和第二可调谐连续激光器电连接。进一步的，所述第一腔镜和第四腔镜的法线重合，且指向所述谐振腔的中心，所述第二腔镜和第三腔镜的法线重合，且指向所述谐振腔的中心。进一步的，所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜法线方向指向谐振腔中心的镜面镀高反膜，另一面镀增透膜。进一步的，所述第一模式匹配系统和所述第二模式匹配系统都采用伽利略望远镜结构。进一步的，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器具有高响应速率，且光谱响应范围覆盖待测气体特征吸收波长。进一步的，所述第一模式匹配系统和第二模式匹配系统中的镜片，以及第一聚焦透镜和第二聚焦透镜镀有对应待测气体特征吸收波长的增透膜。从上面所述可以看出，本专利技术提供的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，包括第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统。通过使用高精细度四镜环形稳定腔，在实现双组分痕量气体浓度同步在线测量的同时，节省了光隔离器、激光合束器、分光器等元器件，结构紧凑，且成本较低。附图说明图1为本专利技术实施例的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置的结构示意图；图2为单个衰荡事件中空腔态与非空腔态衰荡时间测量示意图；图3为多个衰荡事件衰荡时间测量示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进一步进行清楚、完整、详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。本专利技术实施例提供一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统；所述谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜；所述第一可调谐连续激光器发出的激光经所述第一聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第一腔镜后经所述第二腔镜和第三腔镜反射后依次透过所述第四腔镜、第一聚焦透镜和第一窄带滤光片，最终入射到所述第一光电探测器；所述第二可调谐连续激光器发出的激光经所述第二聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第二腔镜后经所述第一腔镜和第四腔镜反射后依次透过所述第三腔镜、第二聚焦透镜和第二窄带滤光片，最终入射到所述第二光电探测器；所述第一光电探测器和所述第二光电探测器分别与所述信号采集分析控制系统电连接，所述信号采集分析控制系统与所述激光控制器连接，所述激光器控制器分别与所述第一可调谐连续激光器和第二可调谐连续激光器电连接。本专利技术实施例的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，通过使用高精细度四镜环形稳定腔，在实现双组分痕量气体浓度同步在线测量的同时，节省了光隔离器、激光合束器、分光器等元器件，结构紧凑，且成本较低。在本专利技术的实施例中，所述第一腔镜和第四腔镜的法线重合，且指向所述谐振腔的中心，所述第二腔镜和第三腔镜的法线重合，且指向所述谐振腔的中心。进一步的，所述第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜法线方向指向谐振腔中心的镜面镀高反膜，另一面镀增透膜。进一步的，所述第一模式匹配系统和所述第二模式匹配系统都采用伽利略望远镜结构。进一步的，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器具有高响应速率，且光谱响应范围覆盖待测气体特征吸收波长。进一步的，所述第一模式匹配系统和第二模式匹配系统中的镜片，以及第一聚焦透镜和第二聚焦透镜镀有对应待测气体特征吸收波长的增透膜。如图1所示，为本专利技术实施例的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置的结构示意图。从图中可以看出，本实施例的基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置，包括：第一可调谐连续激光器1、第二可调谐连续激光器2、第一模式匹配系统3、第二模式匹配系统4、谐振腔5、第一聚焦透镜7、第二聚焦透镜6、第一窄带滤光片9、第二窄带滤光片8、第一光电探测器11、第二光电探测器10、激光器控制器12和信号采集分析控制系统13；所述谐振腔包括第一腔镜501、第二腔镜502、第三腔镜503和第四腔镜504；所述第一可调谐连续激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置,其特征在于，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统；所述谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜；所述第一可调谐连续激光器发出的激光经所述第一聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第一腔镜后经所述第二腔镜和第三腔镜反射后依次透过所述第四腔镜、第一聚焦透镜和第一窄带滤光片，最终入射到所述第一光电探测器；所述第二可调谐连续激光器发出的激光经所述第二聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第二腔镜后经所述第一腔镜和第四腔镜反射后依次透过所述第三腔镜、第二聚焦透镜和第二窄带滤光片，最终入射到所述第二光电探测器；所述第一光电探测器和所述第二光电探测器分别与所述信号采集分析控制系统电连接，所述信号采集分析控制系统与所述激光控制器连接，所述激光器控制器分别与所述第一可调谐连续激光器和第二可调谐连续激光器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于腔衰荡光谱技术的双组分痕量气体浓度测量装置,其特征在于，包括：第一可调谐连续激光器、第二可调谐连续激光器、第一模式匹配系统、第二模式匹配系统、谐振腔、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一窄带滤光片、第二窄带滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、激光器控制器和信号采集分析控制系统；所述谐振腔包括第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜；所述第一可调谐连续激光器发出的激光经所述第一聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第一腔镜后经所述第二腔镜和第三腔镜反射后依次透过所述第四腔镜、第一聚焦透镜和第一窄带滤光片，最终入射到所述第一光电探测器；所述第二可调谐连续激光器发出的激光经所述第二聚焦透镜聚焦后进入所述谐振腔，透过所述第二腔镜后经所述第一腔镜和第四腔镜反射后依次透过所述第三腔镜、第二聚焦透镜和第二窄带滤光片，最终入射到所述第二光电探测器；所述第一光电探测器和所述第二光电探测器分别与所述信号采集分析控制系统电连接，所述信号采集分析控制系统与所述激光控制器连接，所述激光器控制器分别与所述第一可调谐连续激光器和第二可...

【专利技术属性】
技术研发人员：余锦，王金舵，貊泽强，何建国，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11