CN101963577B - 测量气体浓度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种气体浓度测量方法和系统，该方法包括：驱动激光器进行波长扫描并叠加高频调制；补偿波长调制后的光束中的残余光强调制；将补偿后的光束穿过被测气体；将穿过被测气体的光束转换成电信号并作预处理，对该预处理后的电信号进行数字化处理得到被测气体的吸收光谱，依据该吸收光谱确定被测气体的浓度。该系统包括激光器调制驱动电路；与所述驱动电路相连的激光器；与所述激光器相连的光学滤波器；连接所述光学滤波器和被测气体容器的光束一次处理装置；连接所述被测气体容器的光束二次处理装置；与所述光束二次处理装置和所述驱动电路相连的信号处理装置。本实施例提高了气体浓度测量的精度和系统的稳定性。

Description

测量气体浓度的方法和系统

技术领域

本发明涉及工业工程控制和气体参数分析领域，更具体的说，涉及一种测量气体浓度的方法和系统。

背景技术

在工业工程控制过程中，排放气体的参数分析是其中的一个重要环节，在垃圾焚烧、火力发电的燃烧控制、石化、冶金和水泥的生产等领域，排放气体的参数测量更是优化生产和降低能耗的关键技术。传统的测量方法需要从工作环境中抽出一部分气体，利用物理和化学方法，对气体进行净化、提纯和分析，过程复杂、测量成本高且实时性不好。半导体激光吸收光谱技术是一种新兴的气体浓度测量方法，由于其具有灵敏度高、选择性好和响应时间快等优点，被广泛用于环境检测、大气科学和痕量气体分析等领域，是工业工程痕量气体分析领域的一种最有前途的技术。

可调谐激光二极管吸收光谱技术TDLAS(tunable diode-laser absorptionspectroscopy)是半导体激光吸收光谱技术中常用的一种，其基本原理是气体因受激而吸收能量。一束激光穿过被测气体，当激光器的频率和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子或原子会吸收光子而跃迁到高能级，表现出来就是激光能量的衰减。TDLAS的基本原理符合由Beer-Lambert定律，当激光光源发出一定频率v的单频光穿透一定浓度的待测气体时，有如下关系式：

I_v＝I_v，0exp[-S(T)g(v-v′₀)PρL]

其中，I_v，0和I_v分别表示频率为v的激光通过吸收气体前后的光强，单位mW；S(T)表示气体吸收谱线在温度T时的谱线的线强度，它表示该谱线的吸收强度，单位为cm·mol^-1；g(v-v′₀)是气体该吸收谱线的线型函数，它表示被测吸收谱线的形状，与温度、压强和气体的种类及其中的各成分含量有关；P是待测气体的分压，单位atm；ρ是气体的体积浓度，单位mol·cm^-1·atm^-1；L为吸收路径长度，即工作光程，单位cm。在已知P、L、T、S(T)、g(v-v′₀)情况下，测量I_v.0和I_v值即可反演出待测气体浓度ρ。由于气体的吸收谱线是由气体原子结构决定，不同气体的吸收谱线不同，因此理论上讲，工作环境内的其他气体对测量没有影响。

可调谐激光二极管吸收光谱气体分析仪是最常见的采用半导体激光吸收光谱技术的气体分析仪器。其工作原理如下：参见图1a，首先确保半导体激光器的初始输出波长小于工作波长，然后调整激光器的工作电流，进而改变激光器的输出波长，使该工作波长的激光扫描通过被测痕量气体吸收谱线，在光子没有被吸收的位置，激光的透过率接近100％，在吸收谱线位置，激光的透过率下降；探测激光器的透过光强，可以得到一个电信号，如图1b所示，其中凹陷的深度就代表了被测痕量气体的浓度。

工业工程中的常见痕量气体的吸收谱线都非常弱，以二氧化碳为例，其在1.58微米附近的吸收谱线强度为10^-23量级。考虑到工业现场的工作条件恶劣、干扰很大，上述的直接测量的方法将导致系统的测量灵敏度非常低，为了解决这一问题，各种调制技术被广泛的采用，它可以改善系统的工作性能，能更好地从背景噪声和干扰中分离出有用的信号，提高信噪比和测量灵敏度。

波长调制技术就是其中的一种，它可以把检测频率提高到一个较高的频率上，能有效减少由于激光源和探测器自身带来的噪音，并通过相敏检测技术，即锁相放大技术，来减少检测的频谱带宽，从而可以提高测量信噪比几个数量级，如图2a所示。实际系统中，波长调制是通过改变激光器的工作电流实现的。在激光器工作电流线性扫描的同时叠加一个频率为f高频正弦调制，激光器输出波长也会相应的变化，如图2b所示，其横坐标是时间，纵坐标是激光器输出波长。采用波长调制以后，探测激光通过吸收气体以后的强度，可以得到图3a所示的信号，其中在气体吸收谱线附近交流信号幅值较大，没有吸收的位置信号趋近于零；然后利用锁相放大器对信号的二次谐波2f进行解调，可以得到气体吸收谱线的二阶微分信号，如图3b所示，信号的幅度对应吸收气体的浓度。

实际的激光二极管，在经过改变激光器的工作电流来调整激光波长的同时也改变了激光二极管的输出光强度，对激光器的波长进行扫描并叠加频率为f的正弦调制波的同时，将会产生一个附加光强调制信号，这一附加光强调制信号的幅值与痕量气体吸收谱线信号的幅值的比值在10⁵∶1的量级，这样探测器实际测得的信号如图4a所示，吸收谱线信号淹没在残余光强调制信号中，所述残余光强调制信号即为上述附加光强调制信号。这种存在残余光强调制信号的结果将带来如下问题：

1、无法对信号进行全数字处理

如上所述，相敏解调器，即锁相放大器，是实现波长调制型可调谐激光二极管吸收光谱测量的核心信号处理器件。模拟的锁相放大器存在温度稳定性差和系统参数不容易调整等缺点，其处理精度也不如数字锁相放大器；数字化是一种必然趋势。然而，激光二极管残余光强调制信号强度是吸收谱线信号强度的几十万倍，如果直接对信号做模/数转换，需要采用20位以上的A/D转换器才能采集到吸收谱线信号，但是失真非常大。这种在信号数字化的源头丢失测量的信息，即使采用数字锁相放大器来处理也无法弥补。因而，受残余光强调制的限制，现有的可调谐激光二极管吸收光谱气体分析仪器的信号无法直接数字化并进行全数字化处理，而是需要利用高Q值的带通滤波器或者模拟的锁相放大器预处理以后才能实现数字化。这些模拟电路的引入，加大了系统的调试难度，并且降低了系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力。

2、引起二阶谐波形状畸变，带来测量误差

残余光强调制信号恶化信噪比的同时，还会引起信号的畸变，图4b是一个实际可调谐激光二极管吸收光谱气体分析仪的信号经过模拟锁相放大器解调出来的信号。对比图4b和图3b，实际信号有明显的畸变和左右不对称现象，这些问题都将大大影响仪器的测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种测量气体浓度的方法和系统，通过补偿残余光强调制信号，从而提高了接收端信号的信噪比，进而可以对接收信号进行全数字化处理，提高了气体浓度测量的精度，也提高了系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种测量气体浓度的方法，包括：

驱动激光器进行波长扫描并叠加高频调制；

补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制；

将补偿后的光束穿过被测气体；

将穿过所述被测气体的光束转换成电信号并作预处理；

对所述预处理之后的电信号进行数字化处理得到所述被测气体的吸收光谱，依据该吸收光谱确定所述被测气体的浓度；

其中，所述补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制的过程具体为：

调整光学带阻滤波器下降沿的位置，使其下降沿的中心位置对准激光器初始工作波长，进而使所述光学带阻滤波器下降沿的光谱能覆盖激光器工作的全部波长范围，即λ₀～λ₀+Δλ；

使所述光学带阻滤波器下降沿的功率损耗斜率满足以下公式：

$\begin{array}{cc}{k}_f=-10\frac{\lg (P^{\′}/P_0)}{\mathrm{\Δ\λ}}& (\mathrm{dB}/\mathrm{nm})\end{array}$

其中，k_f表示所述光学带阻滤波器下降沿的功率损耗斜率，P₀表示激光器在初始工作波长λ₀时的输出光功率，P′表示激光器的工作波长调整到(λ₀+Δλ)时的输出光功率。

优选的，所述光学带阻滤波器下降沿位置的调整方法具体为：通过调节所述光学带阻滤波器中的光纤布拉格光栅的温度来调整所述光学带阻滤波器的下降沿位置。

优选的，调整所述光学带阻滤波器下降沿位置之前还包括：过滤掉光学带阻滤波器针对所述激光器发射的光信号的反射信号。

优选的，对所述预处理之后的电信号进行数字化处理过程具体为直接通过A/D转换进行全数字化处理。

一种测量气体浓度的系统，包括发射系统和接收系统，所述发射系统包括：

激光器调制驱动电路；

与所述驱动电路相连的激光器，所述激光器在驱动电路的驱动下进行波长扫描并叠加高频调制；

与所述激光器相连的光学滤波器，以补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制，其中，所述光学滤波器为光学带阻滤波器，该光学带阻滤波器包括，光纤布拉格光栅，其下降沿用于补偿激光器残余光强调制信号，起到光学滤波的作用；

连接所述光学滤波器和被测气体工作气室的光束一次处理装置；

所述接收系统包括：

连接所述被测气体工作气室的光束二次处理装置；

与所述光束二次处理装置和所述驱动电路相连的信号处理装置，所述信号处理装置用于控制所述驱动电路工作，以及接收经过所述二次处理装置的光束并处理得到携带被测气体吸收谱线信息的光信号，并将该光信号转换成电信号，然后对所述电信号进行数字化处理得到被测气体的吸收光谱，并依据所述吸收光谱得到被测气体的浓度。

优选的，所述光学滤波器还包括：

温度控制器，包括温控电路和温控装置，在所述温控电路的驱动下，温控装置控制所述光纤布拉格光栅的工作温度，进而调整所述光纤布拉格光栅的下降沿位置以适应不同激光器的工作波长。

优选的，所述光学带阻滤波器还包括光隔离器，所述光隔离器只允许光单向传输，以避免光学带阻滤波器将光信号反射回激光器。

优选的，所述光束一次处理装置包括：

传输光纤，将所述光学带阻滤波器的光束传输到下一个工作元件；

光纤准直器，接收所述传输光纤的光束并将其转换成平行光束；

光学扩束器，将经过所述光纤准直器的平行光束转换成直径较大的平行光束，以穿过所述被测气体；

所述光束二次处理装置包括：

光学缩束器，将穿过所述被测气体后的平行光束直径缩小；

空间光-光纤耦合器，将经过所述光学缩束器的平行光束耦合到光纤中。

传输光纤，将经过所述空间光-光纤耦合器的光束传输到下一个工作元件。

优选的，所述信号处理装置包括：

探测器，用于接收所述光束二次处理装置末端传输光纤的光束，并将其转换成电信号；

信号预处理电路，用于对所述探测器输出的电信号进行预处理，将其转换成适合A/D转换的电信号，所述电信号中携带被测气体吸收谱线信息；

全数字解调和信号处理模块，包括数字锁相滤波器和信号处理器，用于对所述携带被测气体吸收谱线信息的电信号进行A/D转换，从而采集到被测气体的吸收光谱，并依据所述吸收光谱计算得到被测气体的浓度；

显示模块，用于显示被测气体的吸收光谱和被测气体的浓度。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例利用光学带阻滤波器在激光器工作波长范围内实现了激光二极管残余光强调制的补偿，从而消除了接收端的探测器信号中的光强调制部分，大大提高了气体吸收谱线信号的信噪比，从而可以对接收信号进行直接的数字化，即采用数字锁相滤波器和信号处理器对上述信号进行全数字方法处理，进而提高了系统的环境适应能力，即提高了系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力。

本发明实施例中利用光学带阻滤波器的下降沿，在补偿消除了残余光强调制信号之后，进而消除了接收端的探测器信号的二阶谐波形状的畸变，由于二阶谐波信号的幅度对应被测气体的浓度，从而提高了气体浓度测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a和图1b为可调谐激光二极管吸收光谱气体分析仪工作过程示意图；

图2a和图2b为波长调制原理示意图，其中，图2a为波长调制原理，图2b为波长扫描和调制信号；

图3a和图3b为理想的波长调制信号，其中，图3a为探测器输出的信号，图3b为经过锁相放大器解调后的二阶谐波信号；

图4a和图4b为带有残余光强调制成分的信号，其中，图4a为探测器输出的信号，图4b为实测的经过锁相放大器解调后畸变的二阶谐波信号；

图5为本发明实施例公开的气体浓度测量方法的流程图；

图6为本发明实施例公开的残余光强调制信号补偿的流程图；

图7为本发明实施例公开的残余光强调制信号补偿的原理图；

图8为本发明实施例公开的气体浓度测量系统的结构图；

图9为本发明实施例公开的光学带阻滤波器的结构图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种测量气体浓度的方法和系统，利用光学带阻滤波器的下降沿补偿残余光强调制信号，从而提高了接收端信号的信噪比，进而可以对接收信号进行全数字化处理，提高了气体浓度测量的精度和系统的稳定性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开的气体浓度测量方法的具体步骤参见图5和图6，包括：

步骤S1：驱动激光器进行波长扫描并叠加高频调制，即通过激光器驱动电路改变激光器的工作电流，具体实现方法为提供线性扫描电流的同时叠加高频正弦调制电流，进而也相应的改变了光源的波长；

步骤S2：补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制，该补偿过程是由光学带阻滤波器实现的；

步骤S3：将补偿后的光束穿过被测气体，该过程中，被测气体的分子或原子吸收所述补偿后的光束中与被测气体吸收谱线波长范围相吻合的光谱范围的光能量，实现光子能级的跃迁，同时所述光谱范围内的激光的能量也会出现相应的衰减，也就是使激光中携带有被测气体的吸收谱线信息；

步骤S4：将所述携带被测气体吸收谱线信息的光信号转换成电信号，并进行适当的调理和放大，使其满足步骤S5的要求；

步骤S5：对所述步骤S4处理后的信号进行数字化，并且处理计算得到被测气体的吸收光谱，该过程中直接对上述信号进行A/D转换，并采用数字锁相滤波器和数字信号处理器对该信号进行全数字处理；

步骤S6：依据步骤S5处理得到的所述被测气体吸收光谱，据Beer-Lambert定律反演出被测气体的浓度。

其中，步骤S2中光学带阻滤波器对残余光强调制信号的补偿原理如图7所示，图中曲线为光学带阻滤波器的工作曲线，光学带阻滤波器开始工作时，首先要调整其下降沿的位置，使所述光学带阻滤波器下降沿的中心位置正好对准激光器的初始工作波长λ₀，并使光学带阻滤波器下降沿对光谱能够覆盖激光器工作的全部波长范围，即λ₀～λ₀+Δλ。然后调整光学带阻滤波器的下降沿功率损耗斜率，使其满足以下公式：

其中，k_f表示所述光学带阻滤波器下降沿的功率损耗斜率，P₀表示激光器在初始工作波长λ₀时的输出光功率，P′表示激光器的工作波长调整到(λ₀+Δλ)时的输出光功率。其中，k_f的负值即为激光器波长变化时输出光功率变化的斜率，即为图中显示的补偿前的光功率变化虚线，光束经过光学带阻滤波器的调制后，二者的斜率相互抵消，光强度曲线即变为补偿后的与横坐标轴相平行的直线，表示完成了对残余光强调制信号的补偿。

依据上述工作原理，步骤S2中光学带阻滤波器对残余光强调制信号的补偿过程具体包括：

步骤S21：光学带阻滤波器接收经过波长扫描并叠加高频调制后的光束，进入步骤S22；

步骤S22：将步骤S21接收到的所述波长扫描并叠加高频调制后的光束经过光隔离器，保证光只能单向通过，不能反射回激光器中，以避免因反射光的存在而影响激光器的正常工作；

步骤S23：在确定激光器的真实工作波长之后，通过调整光纤布拉格光栅的温度，进而调整其下降沿的位置，以适应激光器的工作波长；

步骤S24：利用光纤布拉格光栅的下降沿，即光学带阻滤波器的下降沿，补偿激光器的残余光强调制信号，因为光纤布拉格光栅的下降沿满足以上公式，即光纤布拉格光栅的下降沿的功率损耗斜率为激光器波长变化时输出光功率的变化斜率的负值，二者正好相互抵消，从而实现了残余光强调制信号的补偿。

本发明实施例公开的气体浓度测量方法，通过对激光二极管残余光强调制信号的补偿，消除了接收端的探测器信号中的光强调制部分，大大提高了气体吸收谱线信号的信噪比，从而可以对接收信号采用全数字方法处理，进而提高了系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力；同时，在补偿消除了残余光强调制信号之后，进而消除了接收端的探测器信号的二阶谐波形状的畸变，从而提高了气体浓度测量的精度。

对应上述气体浓度测量方法，本发明实施例还公开了一种气体浓度测量的系统，包括发射系统和接收系统，该系统的结构图如图8所示，图中各标号分别表示：1、激光器调制驱动电路；2、激光二极管；3、传输光纤；4、光学带阻滤波器；5、光纤准直器；6、光学扩束器；7、被测气体；8、光学缩束器；9、空间光-光纤耦合器；10、探测器；11、信号预处理电路；12、全数字解调和信号处理模块；13、显示模块。

其中发射系统包括：激光器调制驱动电路1、激光二极管2、光学带阻滤波器4、光纤准直器5和光学括束器6；接收系统包括：光学缩束器8、空间光-光纤耦合器9、探测器10、信号预处理电路11、全数字解调和信号处理模块12和显示模块13。

该气体浓度测量系统的工作过程为：全数字解调和信号处理电路12给激光器调制驱动电路1一个信号，使其驱动激光二极管2进行波长扫描并叠加一个高频正弦调制信号，激光二极管2将输出的调制后的信号经传输光纤3输送到光学带阻滤波器4中进行残余光强调制的补偿，然后经传输光纤3进入光纤准直器5，将调制补偿后的光束转换成一束直径5mm左右的平行光束，再经过光学扩束器6将上述平行光束转换成直径30mm左右的平行光束；然后通过被测气体7之后，光束中携带了吸收谱线的信息，该携带吸收谱线信息的光束到达光学缩束器8由直径30mm左右缩小到5mm左右，然后经过空间光-光纤耦合器9耦合到传输光纤3中，并传输到探测器10，将所述携带被测气体吸收谱线信息的光信号转换成电信号，之后探测器10得到的电信号被信号预处理电路11转换成适合直接进行A/D转换的电信号，送到全数字解调和信号处理模块12上，经过其中数字锁相滤波器和信号处理器的进一步处理后，采集得到被测气体的吸收光谱，并依据所述吸收光谱计算得到被测气体的浓度，最后将被测气体的吸收光谱和浓度显示在显示模块13上。

光学带阻滤波器的结构图如图9所示，图中各标号分别表示：1、输入端；2、光隔离器；3、温控装置；4、光纤布拉格光栅；5、输出端；6、温控电路。温控装置3和温控电路6共同构成温度控制器。

光学带阻滤波器的工作过程为：激光二极管调制好的光束从输入端1进入，在光隔离器2的作用下，使光单向通过，消除反射光，从而避免了反射光对激光器正常工作的影响，然后上述光束入射到光纤布拉格光栅4进行光学滤波，利用光纤布拉格光栅4的下降沿补偿激光器残余光强调制信号，补偿后的光束经输出端5出射，经传输光纤输送给下一个部件。

其中，光纤布拉格光栅4的下降沿位置的调整是由温度控制器控制其温度来实现的，具体实现方式为，在温控电路6的驱动下，温度控制器3可以在5℃～40℃范围内控制光纤布拉格光栅4的工作温度，进而调整其下降沿的位置以满足激光器工作波长的需要。

本领域技术人员可以理解，光纤布拉格光栅的下降沿位置是在仪器出厂前就调校好的，调校好以后，就在指定的温度上对光纤布拉格光栅进行恒温，从而使得并非每次工作时都必须进行下降沿的调校。

本发明实施例公开的测量气体浓度的系统，保持了可调谐激光二极管吸收光谱气体分析仪的优点，弥补了它的不足，具有结构简单，可以实现全数字处理，并且稳定性好，测量精度高的优点。

需要说明的是，本说明书实施例公开的方法和系统是相对应的，相关之处相互参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种测量气体浓度的方法，其特征在于，包括：

驱动激光器进行波长扫描并叠加高频调制；

补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制；

将补偿后的光束穿过被测气体；

将穿过所述被测气体的光束转换成电信号并作预处理；

对所述预处理之后的电信号进行数字化处理得到所述被测气体的吸收光谱，依据该吸收光谱确定所述被测气体的浓度；

其中，所述补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制的过程具体为：

调整光学带阻滤波器下降沿的位置，使其下降沿的中心位置对准激光器初始工作波长，进而使所述光学带阻滤波器下降沿的光谱能覆盖激光器工作的全部波长范围，即λ₀～λ₀+Δλ；

使所述光学带阻滤波器下降沿的功率损耗斜率满足以下公式：

$\begin{array}{cc}{k}_f=-10\frac{\lg (P^{\′}/P_0)}{\mathrm{\Δ\λ}}& (\mathrm{dB}/\mathrm{nm})\end{array}$

其中，k_f表示所述光学带阻滤波器下降沿的功率损耗斜率，P₀表示激光器在初始工作波长λ₀时的输出光功率，P′表示激光器的工作波长调整到(λ₀+Δλ)时的输出光功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学带阻滤波器下降沿位置的调整方法具体为：通过调节所述光学带阻滤波器中的光纤布拉格光栅的温度来调整所述光学带阻滤波器的下降沿位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，调整所述光学带阻滤波器下降沿位置之前还包括：过滤掉光学带阻滤波器针对所述激光器发射的光信号的反射信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述预处理之后的电信号进行数字化处理过程具体为：直接通过A/D转换进行全数字化处理。

5.一种测量气体浓度的系统，包括发射系统和接收系统，其特征在于，所述发射系统包括：

激光器调制驱动电路；

与所述驱动电路相连的激光器，所述激光器在驱动电路的驱动下进行波长扫描并叠加高频调制；

与所述激光器相连的光学滤波器，以补偿波长扫描并叠加高频调制后的光束中的残余光强调制，其中，所述光学滤波器为光学带阻滤波器，该光学带阻滤波器包括，光纤布拉格光栅，其下降沿用于补偿激光器残余光强调制信号，起到光学滤波的作用；

连接所述光学滤波器和被测气体工作气室的光束一次处理装置；

所述接收系统包括：

连接所述被测气体工作气室的光束二次处理装置；

与所述光束二次处理装置和所述驱动电路相连的信号处理装置，所述信号处理装置用于控制所述驱动电路工作，以及接收经过所述二次处理装置的光束并处理得到携带被测气体吸收谱线信息的光信号，并将该光信号转换成电信号，然后对所述电信号进行数字化处理得到被测气体的吸收光谱，并依据所述吸收光谱得到被测气体的浓度。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光学滤波器还包括：

温度控制器，包括温控电路和温控装置，在所述温控电路的驱动下，温控装置控制所述光纤布拉格光栅的工作温度，进而调整所述光纤布拉格光栅的下降沿位置以适应不同激光器的工作波长。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光学带阻滤波器还包括光隔离器，所述光隔离器只允许光信号单向传输，以避免光学带阻滤波器将光信号反射回激光器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光束一次处理装置包括：

传输光纤，将所述光学带阻滤波器的光束传输到下一个工作元件；

光纤准直器，接收所述传输光纤的光束并将其转换成平行光束；

光学扩束器，将经过所述光纤准直器的平行光束转换成直径较大的平行光束，以穿过所述被测气体；

所述光束二次处理装置包括：

光学缩束器，将穿过所述被测气体后的平行光束直径缩小；

空间光-光纤耦合器，将经过所述光学缩束器的平行光束耦合到光纤中。

传输光纤，将经过所述空间光-光纤耦合器的光束传输到下一个工作元件。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：

探测器，用于接收所述光束二次处理装置末端传输光纤的光束，并将其转换成电信号；

信号预处理电路，用于对所述探测器输出的电信号进行预处理，将其转换成适合A/D转换的电信号，所述电信号中携带被测气体吸收谱线信息；

全数字解调和信号处理模块，包括数字锁相滤波器和信号处理器，用于对所述携带被测气体吸收谱线信息的电信号进行A/D转换，从而采集到被测气体的吸收光谱，并依据所述吸收光谱计算得到被测气体的浓度；

显示模块，用于显示被测气体的吸收光谱和被测气体的浓度。

Images