【技术实现步骤摘要】
一种开放路径上痕量气体浓度的实时测量方法与装置
(一)
[0001]本专利技术提出一种开放路径上痕量气体浓度的实时测量方法与装置，属于可调谐二极管激光吸收光谱、温度测量和绝对距离测量三个
(二)
技术介绍
[0002]全球气温上升不仅对生态环境造成巨大影响，而且已经干扰了人类社会的正常运转。随着巴黎协定的生效，世界各国高度关注温室气体的排放问题，并且根据自身国情制定相应的减排措施。目前人类活动排放的温室气体主要有二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化合物、六氟化硫、氯氟烃化合物、臭氧等；其中，二氧化碳和甲烷对温室效应的贡献率超过90％。温室气体实时监测技术不仅可以识别温室气体排放的源头，还能为制定节能减排的政策提供准确的数据支持。
[0003]基于光谱技术的气体传感器具有非侵入、选择性高、精度高、灵敏度高、结构简单、体积小、成本低等优点，在环境监测、工业过程控制和医学诊断等工业及科研领域均得到广泛研究与应用。这些光学传感器中最常用的光谱技术有：衰荡腔光谱(Cavity Ring
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种开放路径上痕量气体浓度的实时测量方法与装置，其特征在于，所述系统包括信号发生器、两个可调谐二极管激光器、两个光隔离器、两个光功率放大器、波分复用器、两个光纤分束器、两个准直镜、抛物面反射镜、角锥棱镜、二向色镜、分束镜、四个光电探测器、三个窄带滤光片、一个高通滤波器、一个低通滤波器和数据采集卡等；其中：所述信号发生器与两个可调谐二极管激光器相连，通过调整激光器的注入电流，使两个激光器的激光频率线性变化，并使其中一个激光器输出的波长覆盖待测气体的一条吸收谱线，另外一个激光器输出的波长覆盖两条易获取气体分子的吸收谱线；两个激光器分别连接光隔离器，光隔离器出射的两束激光分别用光功率放大器放大激光功率，然后用一个波分复用器将两个波段的激光耦合在一起，实现两路激光共光路；经波分复用器共光路的激光入射到两个串联的光纤分束器进行分束，进而获得三束光，一束功率占比约90％作为测量光，一束功率占比约5％作调频连续波测距的参考光，另一束功率占比约5％作测量系统激光功率的监测光；测量光经准直镜准直后，依次经过中心带小孔的抛物面反射镜和待测气体，被角锥棱镜原路反射后，再由抛物面反射镜接收；二向色镜将测量光按波长分离，包含测温吸收谱线的扫频激光会被二向色镜反射，经窄带滤波片后，被一个光电探测器探测；包含待测气体吸收谱线的扫频激光会被二向色镜透射，分束镜将透射光和不通过待测气体的参考光进行合束，合束光在通过窄带滤波片后，被两个光电探测器探测，这两个光电探测器的信号在上传至采集卡前分别用一个高通滤波器和一个低通滤波器进行滤波；测量系统激光功率的变化由一个光电探测器记录；四个光电探测器的探测信号经采集卡上传至计算机中实时处理，反演出路径平均温度、路径长度和待测气体的绝对浓度。2.根据权利要求1所述的一种开放路径上痕量气体浓度的实时测量方法与装置，其特征在于，测量方法使用两个易获取的吸收谱线进行路径平均温度测量，使用单个待测气体的吸收谱线进行绝对浓度的测量，降低了对待测气体吸收谱线的依赖，具体步骤如下：步骤一：获取上传至采集卡的四个光电探测器的信号，可以分别表示为：I1(t)＝I
m
exp(
‑
α
x
(v(t)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)I3(t)＝I
r
+I
m
exp(
‑
α
target
(v(t)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)I4(t)＝I
monitor
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，I1(t)是易获取吸收谱的测量信号、I2(t)是测量的拍频信号、I3(t)是待测气体吸收谱的测量信号、I4(t)是测量系统激光功率的监测信号；τ1、τ2分别是激光经过测量路与参考路时引入的时间延迟；τ
m
是测量光和参考...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹章，周文彬，徐立军，段小艳，李心语，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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