基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置，包括光源部分，具有马赫曾德干涉仪和光电检测器的参考路部分，具有光电检测器和数字锁相放大器的检测部分；光源部分出射光分为两路，分别进入参考路与检测部分；检测部分包括光电检测器及锁相放大信号处理单元，光电检测器将经过废气的光信号转换为电信号，并经过A/D转换为数字信号；数字信号通过锁相放大信号处理单元处理，得到高信噪比的气体吸收光谱。本实用新型专利技术可以提高监测精度。

【技术实现步骤摘要】
基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置
本技术涉及一种应用于工业废气检测的可实现参考补偿的可调谐激光吸收光谱测量的装置。
技术介绍
目前我国仍处于污染事件高发阶段，尤其以大气污染事件最为频繁，危害也最严重。针对大气污染污染源的在线监测分析仪器进一步加强，提高监控力度，减少污染事件。工业废气是造成大气污染的重要因素，能源、电力、化工、冶金、纺织、制药、垃圾焚烧等工业过程在化学反应时产生的各种废气，这些废气含有大量对人体有害的物质,必须对其排放量进行严格控制。可调谐激光吸收光谱技术具有测量精度高，适用场合广泛，响应速度快等优点，在污染气体特别是工业废气在线监测领域具有良好的应用前景。其单线光谱分析技术具有许多独特的优点，可以消除背景气体干扰，提高检测灵敏度。随着对环境保护与工业废气排放要求的不断提高，可调谐激光吸收光谱在痕量气体检测领域的应用也越来越多，其检测限也可达到ppb的量级，省去了复杂的取样和预处理系统，结构简单，维护量减少，比抽取式取样更具代表性，响应速度更快，更加符合工业过程自动化控制的需求。可调谐激光吸收光谱技术的关键在于激光器调谐精度以及吸收谱线测量精度，在应用中，如可调谐激光吸收光谱测量中所用的激光器光器动态调谐过程中连续可调范围和调谐速率、线宽、功率、边模抑制比等光谱特性对整体系统的性能有着非常大的影响。在可调谐激光吸收光谱，吸收峰极值点的定位、利用线型检测温度和压强等均受瞬时波长的影响，而瞬时的线宽直接影响二次谐波信号的线型和幅度。在调谐过程中红，激光器功率变化也会对吸收谱线强度造成一定影响，因此，在吸收谱线二次谐波处理过程中，也需要考虑激光器功率变化及背景扣除，从而提高吸收光谱测量精度。近年来，激光器瞬态调谐特性的检测技术应用日益广泛，T.Okoshi等首次提出双光束外差法测量激光器的稳态线宽，分辨率可达到50kHz。JayW.Daeson年改进了延时自外差干涉法，进一步提高了测量分辨率。S.Camatel对常用的线宽测量方法进行了比较，指出了长光纤延时线对线宽测量的影响；鞠有伦对2μm单纵模激光器输出激光频率的短期不稳定度进行了测量；贾豫东等人对延时自外差法测量激光器线宽的误差进行了分析及修正。随着激光器应用场合的扩展，对于其瞬态输出特特性参数测量精度的要求也越来越高，基于外差相干检测方法的半导体瞬态输出特性参数测量研究中，外差相干检测系统与信号处理分析方法是保证测量精度以及可靠性的关键。曹春燕等人利用非平衡光纤干涉仪和频率噪声功率谱测量了窄线宽激光器的线宽；马明祥等对超窄线宽激光器的跳模进行了检测研究；彭雪峰等分析了两台独立激光器的拍频线型对线宽测量的影响。参考文献：(1)OkoshiT,KikuchiK,NakayamaA.Novelmethodforhighresolutionmeasurementoflaseroutputspectrum[J].Electronicsletters,1980,16(16):630-631.(2)DawsonJW,ParkN,VahalaKJ.Animproveddelayedself-heterodyneinterferometerforlinewidthmeasurements[J].IEEEPhotonicsTechnologyLetters,1992,4(9):1063-1066.(3)CamatelS,FerreroV.NarrowlinewidthCWlaserphasenoisecharacterizationmethodsforcoherenttransmissionsystemapplications[J].JournalofLightwaveTechnology,2008,26(17):3048-3055.(4)鞠有伦,王振国,王磊,etal.2μm单纵模激光频率短期不稳定度的测量[J].光学学报,2008,28(11).(5)贾豫东,欧攀,杨远洪,etal.短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽[J].北京航空航天大学学报,2008(05):85-88.(6)曹春燕,姚琼,饶伟,etal.窄线宽激光器线宽的非平衡光纤干涉仪测量法[J].中国激光,2011,38(5).(7)马明祥.超窄线宽光纤环形腔激光器跳模研究[D].国防科学技术大学,2010.(8)彭雪峰,马秀荣,张双根,etal.两台独立激光器拍频线型对线宽测量的影响[J].中国激光,2011,38(4).
技术实现思路
本技术主要是针对现有技术存在的不足，提供一种基于参考补偿的可调谐激光吸收光谱气体在线测量装置及方法。利用本技术的装置，可提高可调谐激光吸收光谱动态调谐精度以及气体测量精度及可靠性。技术方案如下：一种基于参考补偿原理的可调谐激光废气在线监测装置，包括光源部分，具有马赫曾德干涉仪和光电检测器的参考路部分，具有光电检测器和数字锁相放大器的检测部分，其中，光源部分包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块；温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分；光源部分出射光分为两路，分别进入参考路与检测部分；参考路包括马赫-曾德干涉仪，光源出射光进入参考路中的马赫曾德干涉仪中，经过光纤分束器分为两路，其中一路通过光纤延迟线后，与另一路产生一定光程差，两路光同时进入光纤合束器后，并经过参考路的光电检测器变为电信号，得到激光相干外差信号；检测部分包括光电检测器及锁相放大信号处理单元，光电检测器将经过废气的光信号转换为电信号，并经过A/D转换为数字信号；数字信号通过锁相放大信号处理单元处理，得到高信噪比的气体吸收光谱。进一步地，所述的外部温度控制器件包括半导体制冷器件。所述的外部温度控制器件还可以包括控制器，通过控制器预先设定温度，控制器根据温差实现对半导体制冷器件的闭环控制。所述的可调谐激光器属于半导体激光器。电流调谐信号模块，对用于对可调谐激光器输出波长的调谐。所述的锁相放大信号处理单元包括抗混叠滤波器、高通滤波器、波形整形器、移相器、乘法器、相敏检波器，数字信号分为两路，一路经过抗混叠滤波器与高通滤波器，另一路经过波形整形器与移相器；两路处理后的数字信号输入乘法器，对相乘结果进行相敏检波，鉴别两路信号同频率与同相位分量。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：采用温度与电流相结合的调谐方式控制可调谐激光器输出波长，提高了可调谐激光器调谐范围及精度。附图说明图1为基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置结构示意图图2为光源部分组成示意图图3为参考路组成示意图图4为基于外差相干性信号的激光器动态调谐参数计算流程图图5为检测部分原理及组成示意图图6为基于外差相干信号的重采样与光谱波长校正方法流程图图7为基于一次谐波信号分量的背景扣除方法流程图图8为工业废气不同浓度氨气可调谐激光吸收光谱测量结果图9利用方波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置，包括光源部分，具有马赫曾德干涉仪和光电检测器的参考路部分，具有光电检测器和数字锁相放大器的检测部分，其特征在于，/n光源部分包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块；温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分；光源部分出射光分为两路，分别进入参考路与检测部分；/n参考路包括马赫-曾德干涉仪，光源出射光进入参考路中的马赫曾德干涉仪中，经过光纤分束器分为两路，其中一路通过光纤延迟线后，与另一路产生一定光程差，两路光同时进入光纤合束器后，并经过参考路的光电检测器变为电信号，得到激光相干外差信号；/n检测部分包括光电检测器及锁相放大信号处理单元，光电检测器将经过废气的光信号转换为电信号，并经过A/D转换为数字信号；数字信号通过锁相放大信号处理单元处理，得到气体吸收光谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置，包括光源部分，具有马赫曾德干涉仪和光电检测器的参考路部分，具有光电检测器和数字锁相放大器的检测部分，其特征在于，
光源部分包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块；温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分；光源部分出射光分为两路，分别进入参考路与检测部分；
参考路包括马赫-曾德干涉仪，光源出射光进入参考路中的马赫曾德干涉仪中，经过光纤分束器分为两路，其中一路通过光纤延迟线后，与另一路产生一定光程差，两路光同时进入光纤合束器后，并经过参考路的光电检测器变为电信号，得到激光相干外差信号；
检测部分包括光电检测器及锁相放大信号处理单元，光电检测器将经过废气的光信号转换为电信号，并经过A/D转换为数字信号；数字信号通过锁相放大信号处理单元处理，得到气体吸收光谱。


2.根据权利要求1所述的可调谐激光工业废气在线监测装置，其特征在于，外部半导体温控部分包括外部温度控制器件、温度传感器和温度采集及反馈电路，对外部温度控制器件预先设定温度，温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定控制温度之间温差，根据温差实现对外部温度控制器件的闭环控制。


3.根据权利要求2所述的可调谐激光工业废气在线监测装置，其特征在于，所述的外部温度控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨曦，庞峰，
申请(专利权)人：苏州同阳科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32