一种基于一次谐波积分处理的气体分子数密度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一次谐波积分处理的气体分子数密度检测方法，属于光纤气体传感技术领域。包括可调谐半导体激光器、光源控制模块、信号发生模块、信号探测模块、移相器、锁相放大器、气室等。该方法基于波长调制光谱技术，利用对锁相放大器输出一次谐波的X轴分量信号进行积分处理，建立了一次谐波的X轴分量信号积分值与待测气体的分子数密度之间的关系，通过本方法可以直接反演出待测气体的分子数密度，消除了基线拟合误差以及线型函数拟合误差等对气体检测的干扰，提高了检测精度，具有十分重要的应用价值。有十分重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于一次谐波积分处理的气体分子数密度检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于一次谐波积分处理的气体分子数密度检测方法，属于光纤气体传感


技术介绍

[0002]种类繁多的气体不仅在工农业生产中扮演着重要角色，而且出于保证工业生产安全高效进行的需要，对气体的定量分析技术已成为现代分析检测技术的一个重要分支。光学检测因其选择性强、灵敏度高、可实现无损、无接触在线实时检测而受到国内外研究人员的广泛关注。光学非接触式的气体检测技术发展十分迅速，可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)在近年发展中尤为突出，其中波长调制法是气体传感领域中一种常用的技术手段。
[0003]波长调制法主要是通过在激光器的驱动电流上加载高频调制信号，从而实现对激光输出频率的调制。申请号为CN111781153A、申请人为天津工业大学的专利技术《一种波长调制主动激光外差光谱气体遥测方法》提出了一种使用二次谐波进行气体检测的方法，但是该方法仍无法消除基线拟合误差以及线型函数拟合误差等对气体检测的干扰。
[0004]因而，提出一种准确度高、可消除基线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于一次谐波积分处理的气体分子数密度检测方法，由以下检测系统来实现，该系统包括可调谐半导体激光器、光源控制模块、信号发生模块、移相器、锁相放大器、气室、光电探测模块、数据采集及处理模块，其中信号发生模块与光源控制模块分别连接到可调谐半导体激光器，以驱动可调谐半导体激光器工作，并实现对可调谐半导体激光器进行扫描和调制；信号发生模块的另一输出端连接移相器的输入端；可调谐半导体激光器通过光纤与气室输入端相连，气室的输出端经光纤连接到光电探测模块的输入端，光电探测模块的输出端连接到锁相放大器的输入端，锁相放大器的另一输入端连接移相器的输出端，以便获取同源参考信号，并同时补偿参考信号的相位差，保证参考信号与经光电探测模块输出的信号相位一致；锁相放大器的输出端接到数据采集及处理模块的输入端，锁相放大器输出一次谐波的X轴分量信号由数据采集及处理模块对该信号进行后续的处理，该方法的具体步骤如下：连接好上述检测系统，打开可调谐半导体激光器、光源控制模块，以及各模块电源，向气室中通入待测气体,通过光源控制模块调节可调谐半导体激光器的电流和温度，使其输出频率稳定在中心频率ν0附近；将信号发生模块产生的低频梯形波和高频正弦波经过叠加后输入到可调谐半导体激光器,其发出的激光的瞬时频率ν(t)和光强I0(t)用公式(1)表示：其中代表激光器一次扫描周期的平均光强，i0为强度调制幅度，a代表频率调制幅度，代表频率调制与电流调制之间的相位差，ψ为频率调制与强度调制之间的相位差；可调谐半导体激光器发出的光经过气室吸收后，输出的光信号由光电探测模块转换成电信号，并输入到锁相放大器，经数据采集及处理模块处理后，得到一次谐波的X轴分量；根据比尔朗伯定律，可调谐半导体激光器发出的光经过充满待测气体的气室后，当吸光度α(ν(t))很低时，可以近似认为exp(
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【专利技术属性】
技术研发人员：范咏梅，常军，于法鹏，孙稼琛，林杉，张志峰，毛明慧，王子涵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：