一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学气体检测技术领域，具体涉及一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法。所述装置包括信号生成模块、气体成分分析模块、气体浓度检测模块和控制模块；信号生成模块，用于生成激光器驱动信号、调制信号和锁相放大的本地参考信号；气体成分分析模块，通过气体吸收峰的提取和比对进行被测气体中气体成分的分析；气体浓度检测模块，根据气体成分分析的结果采用锁相放大和谐波检测进行气体浓度的反演；控制模块用于控制所述信号生成模块的信号发生、所述气体成分分析模块中的吸收峰比对、以及所述气体浓度检测模块中的相位同步。本发明专利技术所述装置和方法能够实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法
本专利技术属于光学气体检测
，具体涉及一种冷泉气体成分与浓度检测装置及检测方法。
技术介绍
冷泉气体是指以气泡或溶解气体的形式随沉积物孔隙水排入海洋中的混合气体，以甲烷、乙烷等烃类气体和硫化氢、二氧化碳、氢气等为主要成分。海水中冷泉气体的浓度异常既是圈划天然气水合物发育区的直观、有效手段，同时也是分析水合物成因类型、确定水合物成矿气源的有效途径。这是因为当冷泉气体中含有重烃气体成分时，就意味着区域深层沉积中可能存在常规油气资源。因此，对海水中冷泉气体成分和浓度的准确探测具有重要的资源开发价值。可调谐二极管激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)技术是一种将激光技术应用于吸收光谱测量的气体检测方法。由于其在分辨率、灵敏度和选择性等方面的优势，目前已成为痕量气体快速、在线分析的有效方法之一。在TDLAS技术的实际应用中，为了提高气体检测的精度和灵敏度，通常会在光源处采用高频正弦波调制技术、在信号接收处采用锁相放大和谐波提取技术。这是因为在气体检测，特别是对痕量气体进行检测时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，用于实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的测量；包括信号生成模块、气体成分分析模块、气体浓度检测模块和控制模块；信号生成模块，用于生成激光器驱动信号、调制信号和锁相放大的本地参考信号；气体成分分析模块，通过气体吸收峰的提取和比对进行被测气体中气体成分的分析；气体浓度检测模块，根据气体成分分析的结果采用锁相放大和谐波检测进行气体浓度的反演；控制模块，用于控制所述信号生成模块的信号发生、控制所述气体成分分析模块中的吸收峰比对、以及控制所述气体浓度检测模块中的相位同步。

【技术特征摘要】
1.一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，用于实现冷泉气体中多种气体成分的识别以及各气体成分浓度的测量；包括信号生成模块、气体成分分析模块、气体浓度检测模块和控制模块；信号生成模块，用于生成激光器驱动信号、调制信号和锁相放大的本地参考信号；气体成分分析模块，通过气体吸收峰的提取和比对进行被测气体中气体成分的分析；气体浓度检测模块，根据气体成分分析的结果采用锁相放大和谐波检测进行气体浓度的反演；控制模块，用于控制所述信号生成模块的信号发生、控制所述气体成分分析模块中的吸收峰比对、以及控制所述气体浓度检测模块中的相位同步。2.根据权利要求1所述一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，所述信号生成模块生成激光器驱动信号和线性调频调制信号，用于气体成分分析；所述激光器驱动信号的频率为fd，为锯齿波；所述线性调频调制信号的频段为fLFM∈(fL,fH)，为正弦波，并且fL>>fd。3.根据权利要求2所述一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，所述气体成分分析模块包括气体吸收峰提取器和典型吸收峰样本库；被测气体的吸收峰信息通过所述气体吸收峰提取器被提取后，再和所述典型吸收峰样本库中的典型气体吸收峰进行比对，得到被测气体中的各种气体成分；所述控制模块对被测气体中的吸收峰信息进行记录并反馈给所述信号生成模块用于定频调制信号，具体为：所述控制模块根据被测气体吸收峰所处频段，控制所述信号生成模块依次生成以被测气体吸收峰所处频段为基频的定频调制信号，以及所述信号生成模块产生用于锁相放大的频率为fr的本地参考信号。4.根据权利要求3所述一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，所述定频调制信号和所述本地参考信号用于被测气体中各气体成分的浓度检测；所述定频调制信号和所述本地参考信号采用同一基准时钟；定频调制信号为正弦波，所述本地参考信号为正弦波或方波。5.根据权利要求2-4任一项所述一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，所述气体浓度检测模块包含气体吸收室、气体衰减室、分别和所述气体吸收室及所述气体衰减室连接的光电探测器；所述定频调制信号连同所述激光器驱动信号对激光器进行调制，所述激光器形成的探测光束分两路分别进入所述气体吸收室和所述气体衰减室，经充分吸收后由所述光电探测器进行信号接收，所述光电探测器的输出信号作为锁相放大的被测信号，所述信号生成模块产生的本地参考信号作为锁相放大的本地信号，通过乘法器和低通滤波进行二次谐波提取，获得被测气体浓度信息。6.根据权利要求5所述一种冷泉气体成分与浓度检测装置，其特征在于，所述光电探测器输出的信号包括两路：第一路输出信号det1直接输出至乘法器，第二输出信号det2经带通滤波后输出至乘法器；所述本地参考信号包括两路：第一路本地参考信号ref1经移相器I输出至乘法器，第二路本地参考信号ref2依次经移相器I、倍频器和移相器II输出至乘法器；将所述第一路输出信号det1和所述第一路本地参考信号ref1配对，所述控制模块根据乘法器低通输出的最优直流分量获得所述移相器I的最终相位值φ；然后将所述第二输出信号det2和所述第二路本地参考信号ref2配对，给所述移相器I赋相位值φ，进行光电探测器输出信号的二次谐波检测；其中，所述本地参考信号和所述定频调制信号同频。...

【专利技术属性】
技术研发人员：华志励，王越，徐娟，任万龙，刘波，刘进，郝宗睿，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37