能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统及其检测方法技术方案

能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统及其检测方法，属于气体检测技术，系统包括驱动模块、DFB半导体激光器、石英音叉气体传感器等。锯齿波驱动的DFB半导体激光器输出的激光在石英音叉气体传感器被气体吸收，吸收后的信号与激光器的锯齿波驱动信号相除，选取吸收强度最大处的驱动电流作为吸收峰处的驱动电流。随后将驱动模块设置成吸收峰处的驱动电流，进行气体浓度检测。为消除外界对激光波长的影响，再次通过上述方法实现激光锁频和气体检测。本发明专利技术系统及其检测方法具有抗辐射、抗腐蚀、抗电磁干扰，在有害环境中能安全运行，不受环境的影响，同时消除波长调制中剩余幅度调制影响，提高了系统精度。

Optical fiber gas detection system and its detection method that can eliminate residual amplitude modulation

The optical fiber gas detection system capable of eliminating residual amplitude modulation and its detection method belong to gas detection technology. The system includes driving module, DFB semiconductor laser, quartz tuning fork gas sensor and so on. Laser DFB laser output sawtooth wave driven by gas absorption in the quartz tuning fork gas sensor, the sawtooth wave signal and the driving signal of the laser absorption after dividing the selected drive current with the maximum absorption intensity as the driving current of the absorption peak. Then the drive module is set up as the driving current at the absorption peak, and the gas concentration is detected. In order to eliminate the influence of the laser wavelength outside again is realized through the method of laser frequency locking and gas detection. The system and the detection method of the invention have the advantages of radiation resistance, corrosion resistance, electromagnetic interference resistance, safe operation in hazardous environment, no environmental impact, and elimination of residual amplitude modulation in wavelength modulation, and the accuracy of the system is improved.

【技术实现步骤摘要】
能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统及其检测方法
本专利技术涉及一种石英音叉光声光谱光纤气体检测波长锁定方法及其气体检测系统，具体讲是一种能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统及其检测方法，属光纤气体检测

技术介绍
随着社会经济的发展，气体浓度的快速准确检测在煤炭、石油化工、冶金、电力、农业、医疗、军事等行业以及环保和生物工程等方面有着非常广泛的应用。“中国天宫－2”和“神舟－11”飞船的成功发射，我国“天空”空间站建设和“神舟”系列载人航天得到快速发展，这些领域中飞行器舱内外都需要对微量气体进行检测，用来保证飞行器正常飞行和人员的生命安全。全世界石油和天然气管道的数量正逐渐增加，大量的天然气田开发和管道建设将大大增加天然气传感器的需求。日趋严重的雾霾、工业废气和汽车尾气的排放等，使外界环境和室内有毒气体监测成为了必要。光纤气体传感器凭借着抗辐射、抗电磁干扰、耐高温高压、结构简单、稳定性强和远距离传输等优势得到人们广泛关注和研究。随着经济发展的需要，检测领域气体浓度会比较低，有可能气体组分含量达到百万分之一甚至更低，对检测灵敏度和精度的要求越来越高。如何高灵敏度和高精度实现气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统，主要包括驱动模块、DFB半导体激光器、石英音叉气体传感器、光电探测器、放大器、除法器、采集卡、计算机、锁相放大器，其特征在于驱动模块包括激光器驱动模块和温控模块，激光器驱动模块的频率f的正弦波与锯齿波叠加输出端口连接DFB半导体激光器的调制端口，激光器驱动模块的锯齿波端口连接放大器的输入端口，放大器的输出端口连接除法器的一个输入端口，激光器驱动模块的2f正弦波输出端口连接锁相放大器参考信号端口，温控模块连接DFB半导体激光器的温控端口；所述的石英音叉气体传感器包括两个准直器A和B、两个共振管A和B和石英音叉，由铝板将其封装制作成封闭的容器，两个准直器A...

【技术特征摘要】
1.一种能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统，主要包括驱动模块、DFB半导体激光器、石英音叉气体传感器、光电探测器、放大器、除法器、采集卡、计算机、锁相放大器，其特征在于驱动模块包括激光器驱动模块和温控模块，激光器驱动模块的频率f的正弦波与锯齿波叠加输出端口连接DFB半导体激光器的调制端口，激光器驱动模块的锯齿波端口连接放大器的输入端口，放大器的输出端口连接除法器的一个输入端口，激光器驱动模块的2f正弦波输出端口连接锁相放大器参考信号端口，温控模块连接DFB半导体激光器的温控端口；所述的石英音叉气体传感器包括两个准直器A和B、两个共振管A和B和石英音叉，由铝板将其封装制作成封闭的容器，两个准直器A和B分别嵌入在容器的前后端位于同一光轴上，作为石英音叉气体传感器的激光输入和激光输出端口，激光通过准直器A能进入石英音叉气体传感器内；容器的上面和下面分别开有进气口和出气口，容器内在准直器A和B位置之间是石英音叉，石英音叉被置于固定在容器上的石英音叉底座上；石英音叉上带有两个电极，两电极分别连接到前置放大电路的输入端，前置放大电路嵌入在容器的下端，其输出端作为石英音叉气体传感器电信号的输出端口；在准直器A和石英音叉位置之间是共振管A，在石英音叉和准直器B位置之间是共振管B，两共振管A和B被分别置于固定在容器上的共振管底座上，传感器中准直器A和B、共振管A和B以及石英音叉处在同一光轴上；所述的DFB半导体激光器输出端口连接到石英音叉气体传感器的激光输入端口，石英音叉气体传感器的激光输出端口连接到光电探测器的输入端口；石英音叉气体传感器电信号输出端口连接锁相放大器的输入端口，锁相放大器输出端口连接采集卡的一个输入端口；光电探测器的输出端口连接除法器的另一个输入端口，除法器的输出端口连接采集卡的另外一个输入端口；采集卡的输出端口连接计算机，计算机的控制端口连接到驱动模块；所述的放大器包括放大器芯片，其输出端经电阻R1串接电位器RW1后接地，其负输入端连接到电阻R1和电位器RW1的公共接点处；所述的前置放大电路包括放大芯片，其正输入端接地，其负输入端经电阻R2串接电阻R3后接地，其输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接到电阻R2和电阻R3的公共接点处。2.一种利用权利要求1所述的能消除剩余幅度调制的光纤气体检测系统进行气体检测的方法，步骤如下：1)连接好上述气体检测系统，接通系统中的电源；2)令激光器驱动模块发出锯齿波扫描信号，温控模块控制DFB半导体激光器的温度，使得DFB半导体激光器输出激光，锯齿波驱动信号可以表示为：y＝bt+c(1)式中，y为锯齿波扫描信号的输出光强，t为时间，b和c分别为锯齿波形系数，激光器输出的激光强度可以表示为：P0(v)＝av+P1(2)式中v为激光频率，a为激光器输出锯齿波光信号上升段的斜率；P1为v等于0时锯齿波光信号强度，DFB半导体激光器的输出激光经激光输入端口进入石英音叉气体传感器内，由激光输出端口输出的激光强度可以表示为P'＝P0(v)β＝(av+P1)β...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗良，刘祺，于会山，田存伟，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东,37