CN103954588B - 分布式tdlas气体检测系统及方法 - Google Patents

分布式tdlas气体检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种分布式TDLAS气体检测系统及方法,所述气体检测系统包括激光发出与转换接收部分、测试和分析装置、光路切换装置及不少于两个的测量气室;光路切换装置根据测试和分析装置的指令,将来自激光发出与转换接收部分的入射激光导入多个测量气室中的指定测量气室的光路;测量气室可通入待测气体,入射激光在测量气室中多次反射,被目标气体吸收后形成透射激光,透射激光反射回光路切换装置,光路切换装置将从该指定测量气室接收到的透射激光导入激光发出与转换接收部分。由此,可采用一套TDLAS气体检测系统配置多个分布于各个地方的测量气室,检测各测量气室的目标气体浓度,降低了TDLAS气体检测系统的综合成本,提高了系统的使用效率。

Description

分布式TDLAS气体检测系统及方法
技术领域
[0001]本申请属于气体浓度测量技术领域,特别是涉及一种分布式TDLAS气体检测系统及方法。
背景技术
[0002] 作为用于测量气体浓度值的一个方法,TDLAS(Tunable D1de Laser Absorpt1nSpectroscopy,可调谐半导体激光吸收光谱)测量法是一种光检测器和其它元件不与被分析气体相接触的非接触式测量法。
[0003]在采用TDLAS测量法测量气体的浓度时,将以电流按照一定频率f调制了波长的入射激光导入装有一种或多种要分析的目标气体的测量气室中,并且利用气体传感测量装置的光电传感装置检测已通过该气体并返回的透射激光的光功率。该待测气体可以包含多种气体成分,其中各种特定的气体成分分别具有特定波长的吸收特性。因此,在将具有特定频率f的入射激光导入待测气体时,入射激光在该待测气体的目标气体成分的特定频率f附近被强烈吸收。设法获取入射激光被目标气体成分吸收的强度,并参照入射激光的强度,可以反演计算出待测气体中目标气体成分的浓度。
[0004]现有的TDLAS检测系统在检测每个测量气室中的目标气体浓度时,每个测量气室均需要对应于测量气室配置一套完整的TDLAS气体检测系统;相对于测量气室,激光发出与转换接收部分以及测试和分析装置的价格昂贵得多。
[0005]因此,基于如上的原因,造成现有的TDLAS气体检测系统,不但激光发出与转换接收部分与测试和分析装置使用效率低下,而且为实现多个测量位置的气体浓度检测,需要相应地配置相同数量的TDLAS气体检测系统,这就使购买及使用成本以及设备维护成本比较高,TDLAS检测系统难以普及应用。
发明内容
[0006]本申请实施例的目的,在于提供一种分布式TDLAS气体检测系统,该系统可以同时配置多个测量气室,并检测系统中各个测量气室中目标气体的浓度,提高了 TDLAS气体检测系统的使用效率,降低了检测气体浓度所需的成本。
[0007]为达到上述目的,本申请实施例公开了一种分布式TDLAS气体检测系统,包括激光发出与转换接收部分、测试和分析装置、光路切换装置及不少于两个的测量气室;其中:
[0008]所述激光发出与转换接收部分,根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光;将所述入射激光输入到所述光路切换装置后,依照所述激光发出与转换接收部分具有的单向环形传输特性接收所述入射激光被目标气体吸收后反射回的透射激光;对所述透射激光进行光电转换、锁相放大和模数转换后,将转换得到的透射激光数字电信号输入至所述测量和分析装置;
[0009]所述测试和分析装置,向所述光路切换装置输出指令,调整所述光路切换装置将所述入射激光输入至指定测量气室光路;接收所述激光发出与转换接收部分发出的透射激光数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线,从而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得所述电流点上对应的吸收峰中心位置的入射光强和透射光强,反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值;
[0010]所述光路切换装置,包括入射端、出射端;根据所述测试和分析装置的指令,切换所述入射激光导入指定测量气室的光路;在将从所述激光发出与转换接收部分接收的所述入射激光导入到指定测量气室后,将从该指定测量气室接收到的透射激光导入所述激光发出与转换接收部分;
[0011 ]所述测量气室装有待测气体,连接于所述光路切换装置的出射端,用于导入的所述入射激光在待测气体中的目标气体吸收后,将吸收后得到的透射激光反射回所述光路切换装置。
[0012]此外,本申请为实现使用一套TDLAS气体检测系统,检测多个测量气室中目标气体浓度的目的,还提供了一种应用以上分布式TDLAS气体检测系统,检测气体浓度的方法,所述方法包括以下步骤:
[0013]接收检测指定测量气室中目标气体浓度的指令,调整所述光路切换装置与指定测量气室光路连通;
[0014]根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光;
[0015]将所述入射激光输入到所述光路切换装置,所述入射激光经所述光路切换装置进入所述指定的测量气室,经测量气室中的目标气体吸收后得到透射激光;
[0016]将所述透射激光进行转换后,获得所述透射激光振幅的数字电信号;
[0017]根据所述透射激光振幅的数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线;进而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得所述电流点上对应的入射光强和透射光强,反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值。
[0018]本申请提供的技术方案,是在TDLAS检测系统加入了光路切换装置,从而使光路切换装置根据测试和分析装置的指令切换光路,使激光发出与转换接收部分发出的入射激光依次进入各个测量气室,通过目标气体的光谱吸收,获取各个测量气室中待测气体的透射激光的光强值;将所述入射激光光强值和透射激光的绝对光强值比较后,反演获得各个测量气室中的目标气体浓度值。由此,可以实现采用一套TDLAS检测系统配置多个分布于各个地方的测量气室,因此只需要一套测试和分析装置,以及一部激光发出与转换接收部分,就能够检测多个测量气室的目标气体浓度值,提高了TDLAS检测系统中测试和分析装置以及激光发出与转换接收部分的使用效率,降低了在测量每个测量气室中目标气体浓度时,所需的购买成本、使用成本以及设备维护成本,有利于TDLAS检测系统的普及。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例,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。
[0020]图1是本申请实施例1中TDLAS气体检测系统的结构示意图;
[0021]图2是本申请实施例2中TDLAS气体检测系统的结构示意图;
[0022]图3是本申请实施例3中TDLAS气体检测系统在检测第一测量气室410中的NO气体浓度时的方法步骤示意图;
[0023]图4是本申请实施例4中在应用实施例1中的TDLAS气体检测系统,实施实施例3的气体浓度检测方法时,其中透射激光进行光电转换、锁相放大以及模/数转换,获得所述透射激光振幅的数字电信号的方法的步骤示意图;
[0024]图5是本申请实施例5应用实施例1中TDLAS气体检测系统,在检测测量气室中目标气体浓度之前,或在测量气室中的目标气体浓度检测完毕之后,校准系统中目标气体的计算系数的方法的步骤示意图。
[0025]图中,
[0026] 100、测试和分析装置;200、激光发出与转换接收部分;210、锁相放大装置;220、模拟/数字信号转换装置;232、NO气体激光器装置;234、NH3气体激光器装置;236、H2O气体激光器装置;242、环形器装置;252、光电传感装置;260、锁相放大装置;270、模拟/数字信号转换装置;
[0027] 300、光路切换装置;310、入射端;320、出射端;
[0028] 410、第一测量气室;420、第二测量气室;430、标准气室。
具体实施方式
[0029]下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
[0030]现有的TDLAS检测系统,在检测每个测量气室中的目标气体浓度时,每个测量气室均需要对应配置一套完整的TDLAS气体检测系统;相对于测量气室,激光发出与转换接收部分200以及测试和分析装置100的价格昂贵得多。因此,现有的TDLAS气体检测系统,不但激光发出与转换接收部分200与测试和分析装置100使用效率低下,而且为实现多个测量位置的气体浓度检测,需要相应地配置相同数量的TDLAS气体检测系统,这就造成了购买及使用成本以及设备维护成本比较高,使TDLAS检测系统难以普及应用。
[0031]为解决上述问题,请参考图1,本申请的实施例1公开了一种分布式TDLAS气体检测系统,包括激光发出与转换接收部分200、测试和分析装置100、光路切换装置300及不少于两个的测量气室,图1中的粗线部分代表电性连接,细线部分代表光路连接;在实施例1中,测量气室包括第一测量气室410和第二测量气室420,气体检测系统用于测量第一测量气室410中的目标气体浓度,其中:
[0032]激光发出与转换接收部分200,根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光;将所述入射激光输入到所述光路切换装置300后,激光发出与转换接收部分200依照其具有的单向环形传输特性接收所述入射激光被目标气体吸收后反射回的透射激光;对所述透射激光进行光电转换、锁相放大和模数转换后,将转换得到的透射激光数字电信号输入至测量和分析装置100。
[0033]测试和分析装置100,向光路切换装置300输出指令,调整光路切换装置300将入射激光输入至第一测量气室410的光路;接收激光发出与转换接收部分200发出的透射激光数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线,从而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得吸收峰中心位置电流点上对应的入射光强和透射光强,反演获得第一测量气室410中目标气体的浓度值。
[0034]为使所求得气体浓度的精度更高,作为一种更加具体的实施方式,可以在获取第一测量气室410中目标气体浓度值时,测量和分析装置100接收激光发出与转换接收部分200发出的透射激光数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线;计算已知的入射激光的光功率-电流曲线位于其线性区的拟合曲线,将所述实际曲线与所述拟合曲线相减,得到所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,得到所述电流点在拟合曲线上以及实际曲线上的光功率,从而分别获得对应的吸收峰中心位置的入射光强和透射光强,反演获得第一测量气室410中目标气体的浓度值。
[0035]另一方面,测试和分析装置100包括计算机装置或嵌入式系统装置。
[0036]光路切换装置300,包括入射端310、出射端320;根据测试和分析装置100的指令,切换入射激光导入第一测量气室410的光路;在将从激光发出与转换接收部分200接收的所述入射激光导入到第一测量气室410后,将从第一测量气室410接收到的透射激光导入激光发出与转换接收部分200;在具体的应用中,光路切换装置300可以是多路切换器以及光开关阵列,抑或是其他可实现根据测试和分析装置100的输出指令,切换出射端320—侧的光输出/输入方向光路的装置。需要说明的是,光路切换装置300可根据测试和分析装置100的指令,同时切换多条导入测量气室的光路,使由不同气体激光器装置发出的入射激光分别进入各自指定的测量气室;请参考图1,例如,当需要测量第一测量气室410中NO气体的浓度时,在将从第一测量气室410中反射回的NO气体透射激光导入原入射激光光路后,光路切换装置300可以将用于测量其他气体浓度的入射激光导入第一测量气室410的光路,或者将用于测量NO气体浓度的入射激光导入第二测量气室420的光路。
[0037]这样的运行方式,使光路切换装置300在将测量NO气体浓度的入射激光导入第一测量气室410,并在激光发出与转换接收部分200接收从第一测量气室410后返回的透射激光后,可以使测量其他某种气体浓度的入射激光通过光路切换装置300导入第一测量气室410;另一方面,在激光发出与转换接收部分200接收从第一测量气室410后返回的透射激光后,也可以使测量NO气体浓度的入射激光经光路切换装置300导入到第二测量气室420等其他的测量气室。以上的两种运行方式,均可以使光路得到测量不同气体的激光器以及不同测量气室的反复利用,使TDLAS气体检测系统只需要一套测试和分析装置,以及一部激光发出与转换接收部分,就能够检测多个测量气室的目标气体浓度值。
[0038]另一方面,还可以在测量第一测量气室410中NO气体的浓度的同时,由测量NH3气体浓度的激光器发出入射激光,光路切换装置300将NH3气体入射激光导入第二测量气室420的光路。这样的运行方式,使光路切换装置300在同一时间内可将多路测量不同气体浓度的η路入射激光分别导入η个不同的测量气室。提高了 TDLAS气体检测系统在检测气体浓度时的效率。
[0039]此外,第一测量气室410和第二测量气室420可以分布安装于不同地点,每个测量气室内均充满测量气室所在地点的气体,第一测量气室410和第二测量气室420各自连接于光路切换装置300的不同的出射端320,用于将导入的所述入射激光在待测气体中的目标气体吸收后,将吸收后的透射激光反射回光路切换装置300。例如,在测量NO气体浓度的例子中,NO气体入射激光进入第一测量气室410后,NO气体根据吸收NO气体入射激光;NO气体入射激光在经过多次的反射后,通过出射端320返回到光路切换装置300。可选的,为了校准TDLAS气体检测系统中指定气体浓度的计算系数,还可以在出射端320处连接某种气体的标准气室430。
[0040]由于实施例1中的TDLAS气体检测系统具有上述结构特征,可以实现采用一套TDLAS检测系统配置多个分布于各个地方的测量气室,因此只需要一套测试和分析装置100,以及一部激光发出与转换接收部分200,就能够分时或同时低检测多个测量气室的目标气体浓度值,提高了 TDLAS检测系统中测试和分析装置100以及激光发出与转换接收部分200的使用效率,降低了在测量每个测量气室中目标气体浓度时,所需的购买成本、使用成本以及设备维护成本,有利于TDLAS检测系统的普及。
[0041]实施例2,请参考图2,激光发出与转换接收部分200,包括锁相放大装置210、模拟/数字信号转换装置220、一个或多个激光器装置、分别与各激光器装置对应连接的环形器装置240、以及分别与各激光器装置对应的光电传感装置250。图2中的粗线部分代表电性连接,细线部分代表光路连接。
[0042]激光器装置根据来自测试和分析装置100的指令分别产生用于测量目标气体浓度的入射激光,入射激光的频率根据气体吸收光谱中目标气体吸收峰的中心位置的频率而定;如图2中的激光发出与转换接收部分200,包括NO气体激光器装置232,发出用于测量NO气体浓度的频率的激光;NH3气体激光器装置234,发出用于测量NH3气体浓度的频率的激光;H2O气体激光器装置236,发出用于测量H2O气体浓度的频率的激光。可以理解的是,图2所示的NO气体激光器装置232、NH3气体激光器装置234以及H2O气体激光器装置236仅是可能的实施例而已,在实际应用中,可根据测量需求设置相应目标气体的激光器装置。
[0043]环形器装置242,具有一个或多个端口,依照环形器装置242自身的单向环形传输特性,也就是使输入的物理量只能沿着单方向环形的特性,可以作为一种双工器使用:一方面,接收对应连接的NO气体激光器装置发出的用于测量NO气体浓度的入射激光后,将用于测量NO气体浓度的入射激光导入至光路切换装置300;另一方面,在接到经光路切换装置300返回的透射激光时,依照环形器装置242自身的单向环形传输特性,将透射激光导入到光电传感装置252;
[0044]光电传感装置252,在接收到用于测量NO气体浓度的透射激光后,将该透射激光进行光/电转换;
[0045]锁相放大装置260,在接收到光电传感装置252的光/电转换得到的模拟电信号后,解调得到所述模拟电信号的谐波振幅信息,增大激光发出与转换接收部分200中的信噪比;
[0046]模拟/数字信号转换装置270,将谐波振幅信息经模/数转换后输出至测试和分析装置100。
[0047]请参考图2,当需要用实施例2中的检测系统测量第一测量气室410中的NO气体浓度时,则NO气体激光器装置232根据气体吸收光谱发出指定频率的入射激光。测量NO气体浓度的入射激光经过与NO气体激光器装置232对应连接的环形器装置242,导入光路切换装置300,光路切换装置300根据测试和分析装置100的指令,将测量NO气体浓度的入射激光导入到第一测量气室410的光路中,测量NO气体浓度的入射激光在第一测量气室410中多次反射,被第一测量气室410中的NO气体吸收,得到NO气体的透射激光,NO气体的透射激光经原入射光路导入与NO气体激光器装置232对应连接的环形器装置242的,环形器装置242通过其自身的单向环形传输特性,将透射激光投射到NO气体激光器装置232对应的光电传感装置252。
[0048]由于实施例2中的TDLAS气体检测系统具有上述结构特征,因此,可利用各个激光器装置对应连接的环形器装置,将由环形器装置导入的入射激光,经过测量气室中的目标气体吸收后得到透射激光,将透射激光单向导入到光电传感装置,在透射激光进行光电转换、锁相放大提取谐波振幅信息、模/数转换,为测试和分析装置100输出透射激光振幅的数字电信号。
[0049]实施例2中TDLAS气体检测系统的其他部分的结构组成、功能实现方法以及各个部分之间的连接关系均与实施例1中TDLAS气体检测系统相同,在此不再重复叙述。
[0050]另一方面,本申请为实现使用一套TDLAS气体检测系统,检测多个测量气室中目标气体浓度的目的。在实施例3中,提供了一种应用实施例1中分布式TDLAS气体检测系统,检测气体浓度的方法,例如,在检测第一测量气室410中NO气体浓度时,请参考图3,该方法包括以下步骤:
[0051 ] S301,光路切换装置300接收检测第一测量气室410中目标气体浓度的指令,调整其与第一测量气室410光路连通;
[0052] S302,激光发出与转换接收部分200根据气体吸收光谱,确定NO气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光;
[0053] S303,激光发出与转换接收部分200将所述入射激光输入到光路切换装置300,入射激光经光路切换装置300进入第一测量气室410,经第一测量气室410中的NO气体吸收后得到透射激光;
[0054] S304,激光发出与转换接收部分200将所述透射激光进行转换后,获得所述透射激光振幅的数字电信号;
[0055] S305,测试和分析装置100根据所述透射激光振幅的数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线;得到NO气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得所述电流点上对应的入射光强和透射光强,反演获得第一测量气室410中NO气体的浓度值。
[0056]由于实施例1中的TDLAS气体检测系统采用实施例3中的工作方法,可以实现采用一套TDLAS检测系统配置多个分布于各个地方的测量气室,因此只需要一套测试和分析装置,以及一部激光发出与转换接收部分,就能够检测多个测量气室的目标气体浓度值,提高了 TDLAS检测系统中测试和分析装置以及激光发出与转换接收部分的使用效率,降低了在测量每个测量气室中目标气体浓度时,所需的购买成本、使用成本以及设备维护成本,有利于TDLAS检测系统的普及。
[0057]实施例4,本实施例中的TDLAS气体检测系统与实施例3中的检测系统的结构相同,请参考图4,实施例3中透射激光进行转换后,获得所述透射激光振幅的数字电信号的步骤具体包括:
[0058] S3041,利用光电传感装置252将接收到的所述透射激光进行光/电转换,获得所述透射激光模拟电信号;
[0059] S3042,利用锁相放大装置260对所述透射激光模拟电信号进行解调,获得所述模拟电信号的谐波振幅信息;
[0060] S3043,利用模拟/数字信号转换装置270对所述谐波振幅信息进行模/数转换,获得所述透射激光振幅的数字电信号。
[0061 ]激光发出与转换接收部分200实施实施例5中的上述方法步骤,先进行光/电转换,获得透射激光的模拟电信号,再通过锁相放大,增大激光发出与转换接收部分200的信噪比,从而获得模拟电信号的谐波振幅信息;再对所述谐波振幅信息进行模/数转换,获得所述透射激光振幅的数字电信号。
[0062]在实施例4之前或之后的步骤与实施例3中的相应的步骤相同,在此不再赘述。
[0063]此外,在本申请的检测系统中,存在着校准检测系统中的目标气体浓度的计算系数α.Li的需求。其中,α为气体吸收系数,仅仅随待测气体发生改变;在检测的过程中,入射激光在测量气室中经过多次反射后,反射回光路,因此气体的吸收路径长度L,与测量气室的长度L1成正比,校准检测系统中的目标气体浓度时,为计算方便,可以将标准气室长度1^带入公式计算,通过计算出计算系数α.L1,来测得气体浓度。而L会受环境影响变化,所以需要进行校准。
[0064]为此,实施例5中,请参考图1,气体检测系统还包括:用于校准某种目标气体浓度计算系数的标准气室430,标准气室430连接至光路切换装置300的出射端;请参考图5,所述气体浓度检测方法还包括以下用于校准系统中目标气体的计算系数的步骤:在检测测量气室中目标气体浓度之前,或在测量气室中的目标气体浓度检测完毕之后,
[0065] S401,接收校准目标气体浓度计算系数的指令;调整光路切换装置300与所述目标气体对应的标准气室430光路连通;
[0066] S402,根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,激光器装置产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的第二入射激光;
[0067] S403,将所述第二入射激光输入到光路切换装置300,所述第二入射激光经光路切换装置300进入标准气室430,经标准气室430中的目标气体吸收后得到第二透射激光;
[0068] S404,利用激光发出与转换接收部分200将所述第二透射激光进行转换后,获得所述第二透射激光振幅的数字电信号;
[0069] S405,接收激光发出与转换接收部分200发出的第二透射激光数字电信号,获得第二透射激光的光功率-电流实际曲线;从而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得对应的吸收峰中心位置的所述第二入射激光的入射光强值1i和第二透射激光的透射光强值Iti;
[0070] S406,以第二入射激光的入射光强值11以及第二透射激光的透射光强值Itl为基准,并且带入已知的标准气室430中的目标气体的浓度值,根据比尔-兰伯特(Beer-Lambert)定律,反演自校准所述检测系统中的目标气体浓度的计算系数α.Li。其中,α为气体吸收系数,L1为标准气室长度。
[0071]在采用实施例5中上述方法后,可以实现一套TDLAS检测系统只添加廉价的光路切换装置300以及标准气室430,便可根据需要校正的目标气体α.L1系数,通过光路切换装置300将光路切换到相应的标准气室,获得第二透射光强值1^后,计算出此时的目标气体浓度的计算系数α.U,并且可高频次地即时进行校准,该方法成本低廉,无需使用专用设备,并且无需专业人员操作,可以及时自校准计算系数α.U。
[0072]在实施例5之前或之后的步骤与实施例3中的相应的步骤相同,在此不再赘述。
[0073]需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0074]本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0075]本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,这里所称得的存储介质,如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0076]以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分布式TDLAS气体检测系统,其特征在于,所述检测系统包括:激光发出与转换接收部分、测试和分析装置、光路切换装置及不少于两个的测量气室;其中: 所述激光发出与转换接收部分,根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光;将所述入射激光输入到所述光路切换装置后,所述激光发出与转换接收部分依照其具有的单向环形传输特性接收所述入射激光被目标气体吸收后反射回的透射激光;对所述透射激光进行光电转换、锁相放大和模数转换后,将转换得到的透射激光数字电信号输入至所述测量和分析装置;其中,所述激光发出与转换接收部分,包括锁相放大装置、模拟/数字信号转换装置、一个或多个激光器装置、分别与各所述激光器装置对应的环形器装置、以及分别与各所述激光器装置对应的光电转换装置; 所述激光器装置根据气体吸收光谱中目标气体吸收峰中心位置的频率,确定其自身发出的入射激光的输出频率和光功率; 所述环形器装置将激光器装置产生的所述入射激光输入到所述光路切换装置后,将接收到的反射回的透射激光投射到对应的光电转换装置; 所述光电转换装置,将接收到的所述透射激光进行光/电转换; 所述锁相放大装置,在接收到所述光电转换装置经光/电转换得到的模拟电信号后,解调得到所述模拟电信号的谐波振幅信息; 所述模拟/数字信号转换装置,将所述谐波振幅信息经模/数转换后输出至所述测试和分析装置; 所述测试和分析装置,向所述光路切换装置输出指令,调整所述光路切换装置将所述入射激光输入至指定测量气室光路;接收所述激光发出与转换接收部分发出的透射激光数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线,从而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得所述电流点上对应的入射光强和透射光强,反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值; 所述光路切换装置,包括入射端、出射端;根据所述测试和分析装置的指令,切换所述入射激光导入指定测量气室的光路;在将从所述激光发出与转换接收部分接收的所述入射激光导入到指定测量气室后,将从该指定测量气室接收到的透射激光导入所述激光发出与转换接收部分; 所述测量气室连接于所述光路切换装置的出射端,通入待测气体,用于导入的所述入射激光在待测气体中的目标气体吸收后,将吸收后得到的透射激光反射回所述光路切换装置。
2.根据权利要求1所述系统,其特征在于,所述系统还包括:用于校准某种目标气体浓度的计算系数的标准气室,所述标准气室连接至所述光路切换装置的出射端。
3.根据权利要求1所述系统,其特征在于,所述光路切换装置包括多路切换器或光开关阵列。
4.根据权利要求1所述系统,其特征在于,所述测试和分析装置包括计算机装置或嵌入式系统装置。
5.一种应用权利要求1中的分布式TDLAS气体检测系统检测气体浓度的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: 调整光路切换装置与指定测量气室光路连通; 根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的入射激光; 将所述入射激光输入到所述光路切换装置,所述入射激光经所述光路切换装置进入所述指定的测量气室,经测量气室中的目标气体吸收后得到透射激光; 将所述透射激光进行转换后,获得所述透射激光振幅的数字电信号,其中,所述激光发出与转换接收部分,包括锁相放大装置、模拟/数字信号转换装置、一个或多个激光器装置、分别与各所述激光器装置对应的环形器装置、以及分别与各所述激光器装置对应的光电转换装置,所述将所述透射激光进行光电转换以及模/数转换后,获得所述透射激光振幅的数字电信号的步骤包括: 利用光电传感装置将接收到的所述透射激光进行光/电转换,获得所述透射激光模拟电信号; 利用所述锁相放大装置对所述透射激光模拟电信号进行解调,获得所述模拟电信号的谐波振幅信息; 利用所述模拟/数字信号转换装置对所述谐波振幅信息进行模/数转换,获得所述透射激光振幅的数字电信号; 根据所述透射激光振幅的数字电信号,获得透射激光的光功率-电流实际曲线;进而获得所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得所述电流点上对应的入射光强和透射光强,反演获得所述测量气室中目标气体的浓度值。
6.根据权利要求5所述方法,所述系统还包括:用于校准某种目标气体浓度计算系数的标准气室,所述标准气室连接至所述光路切换装置的出射端;所述方法还包括以下用于校准系统中目标气体的计算系数的步骤:在检测测量气室中目标气体浓度之前,或在测量气室中的目标气体浓度检测完毕之后, 接收校准目标气体浓度计算系数的指令;调整所述光路切换装置与所述目标气体对应的标准气室光路连通; 根据气体吸收光谱,确定目标气体吸收峰的中心位置,产生与目标气体吸收峰的中心位置对应的第二入射激光; 将所述第二入射激光输入到所述光路切换装置,所述第二入射激光经所述光路切换装置进入所述标准气室,经标准气室中的目标气体吸收后得到第二透射激光; 将所述第二透射激光进行转换后,获得所述第二透射激光振幅的数字电信号; 接收第二透射激光数字电信号,获得第二透射激光的光功率-电流实际曲线;得到所述目标气体的吸收曲线,根据吸收曲线得到吸收峰的中心位置对应的电流点,分别获得对应的吸收峰中心位置的所述第二入射激光的入射光强值11和第二透射激光的透射光强值Iti ; 以第二入射激光的入射光强值11以及第二透射激光的透射光强值Itl为基准,引入已知的标准气室中的气体含量Co,根据比尔-兰伯特(Beer-Lambert)定律,反演自校准所述检测系统中的目标气体浓度的计算系数α.U。
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