CN114076747B - 一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法，采用重复频率锁定技术，根据气体的吸收光谱确定多个锁定点，通过对激光器温度进行非线性调谐使激光频率扫描过这些锁定点；该重复频率锁定技术采用比例积分微分(PID)控制器，可以自动探测锁定点并进行锁定，该锁定将持续一定时间，随后主动中止锁定，并等待激光频率扫描到下一个锁定点进行再次重复锁定。本发明提供的装置和方法扩大了锁模腔增强吸收光谱技术的波长扫描范围，从而实现了多种气体检测；采用非线性温度扫描，提高检测速率；通过与无吸收的基线位置进行差分检测，消除了激光光强波动引起的噪声，提高了检测精度。

Description

一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法。

背景技术

红外气体检测技术是指利用气体的红外吸收光谱进行浓度检测的技术，其基本原理是比尔朗伯定律，即一束平行单色光通过气体后，若激光波长位于气体吸收峰，则气体吸收的光强与气体浓度和有效吸收路径长度成正比。

腔增强吸收光谱技术是一种灵敏度极高的红外气体检测技术，利用高精细度谐振腔作为气室，谐振腔一般由两面或多面反射率极高的平凹镜组成，激光进入谐振腔后可在其中多次反射，从而大大增加有效吸收路径。常用的腔增强技术有锁模腔增强吸收光谱技术(ML-CEAS)，宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)，离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)和腔衰荡吸收技术(CRDS)等，CRDS通过检测光的衰荡时间来检测气体浓度，对探测器的电学性能要求较高；IBBCEAS需要光谱仪分析腔透射光谱线，设备价格昂贵；OA-ICOS和ML-CEAS都通过探测腔透射光强来检测气体浓度，但OA-ICOS中激光通过离轴方式射入谐振腔中，无需锁模，但其输出信号强度较低与共轴相比其探测灵敏度较低。综上所述，ML-CEAS系统灵敏度高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置，包括激光器装置、分束器、第一光信号传输路径、第二光信号传输路径、PID控制器、激光器驱动器和计算机；

激光器装置通过分束器向第一光信号传输路径输入激光；第一光信号传输路径包括沿激光传播方向依次布置的模式匹配透镜组、谐振腔和第一光电探测器；谐振腔用于通入待测气体；第一光电探测器接收从谐振腔输入的透射光，获得第一检测信号并传输到计算机；

谐振腔还将激光器输入的激光反射至分束器，分束器将该反射的激光输入到第二光信号传输路径；第二光信号传输路径包括沿信号传播方向依次布置的第二光电探测器和乘法器；第二光电探测器接收从分束器输入的反射激光，获得第二检测信号并传输到乘法器，乘法器基于该第二检测信号结合接收到的激光相位调制信号获得误差信号，并传输到PID控制器；

PID控制器基于第一检测信号和误差信号获得反馈信号，并传输到激光器驱动器；激光器驱动器基于反馈信号控制激光器装置的电流；

计算机用于：

基于气体吸收光谱数据库和激光波长调谐范围生成初始温度调谐信号，并传输到激光器驱动器，使激光器装置通过分束器向第一光信号传输路径输入激光，获得第一检测信号并传输到计算机；

将第一检测信号进行高斯拟合，并与气体吸收光谱数据库进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；

基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

基于激光频率锁定点信息获得温度调制信号并发送到激光器驱动器，改变激光器的温度，获得变更的第一检测信号；

基于该变更的第一检测信号，重复上述第一至第三个过程，增加激光频率锁定点信息的数量；

分别计算一个激光频率锁定点信息与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差值，获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息。

优选地，计算机增加激光频率锁定点信息的数量的过程包括：

基于激光频率锁定点信息/增加的激光频率锁定点信息，通过增加远离激光频率锁定点区域的扫描速度，获得温度调制信号。

优选地，还包括偏振片、EOM和EOM驱动器；偏振片将激光器装置发出的激光转换为线偏振光，并输入到EOM中；EOM基于EOM驱动器输入的EOM驱动信号，对线偏振光进行调制，获得激光相位调制信号，并输入到乘法器。

优选地，激光器装置具有高频调制信号发生器，该高频调制信号发生器用于对激光器装置发出的激光进行调制，获得两路相位相差90度的激光相位调制信号，并分别输入到乘法器和激光器驱动器。

优选地，激光器装置包括激光器和光隔离器；激光器用于输出激光，光隔离器用于隔离反射光。

优选地，还包括第一滤波器和第二滤波器；第一滤波器为高通滤波器，位于第二光电探测器和乘法器之间；第二滤波器为低通滤波器，位于乘法器和PID控制器之间。

优选地，计算机具有数据采集卡，用于将温度调至信号进行数模转换。

第二方面，本发明提供一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测方法，包括：

S1将待测气体通入谐振腔，向激光器驱动器输送初始温度调谐信号，使激光器装置通过分束器向第一光信号传输路径输入激光，获得第一检测信号；

S2将第一检测信号进行高斯拟合，并与气体吸收光谱数据库进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；

S3基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

S4基于激光频率锁定点信息获得温度调制信号并发送到激光器驱动器，改变激光器的温度，获得变更的第一检测信号；

S5基于该变更的第一检测信号，重复步骤S1至S3，增加激光频率锁定点信息的数量；

S6基于步骤S5获得的激光频率锁定点信息，结合激光频率基线参照点，计算获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息。

优选地，步骤S5包括：

基于激光频率锁定点信息/增加的激光频率锁定点信息，通过增加远离激光频率锁定点区域的扫描速度，获得温度调制信号。

优选地，步骤S6包括：

分别计算每个激光频率锁定点与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差分幅值；

基于该透射光幅值对应的锁定点位置，获得待测气体种类信息；

基于该透射光幅值平均值的差分幅值，绘制拟合曲线，并基于该拟合曲线获得待测气体浓度信息。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法，采用重复频率锁定技术，根据气体的吸收光谱确定多个锁定点，通过对激光器温度进行非线性调谐使激光频率扫描过这些锁定点；该重复频率锁定技术采用比例积分微分(PID)控制器，可以自动探测锁定点并进行锁定，该锁定将持续一定时间，随后主动中止锁定，并等待激光频率扫描到下一个锁定点进行再次重复锁定。本发明提供的装置和方法扩大了锁模腔增强吸收光谱技术的波长扫描范围，从而实现了多种气体检测；采用非线性温度扫描，提高检测速率；通过与无吸收的基线位置进行差分检测，消除了激光光强波动引起的噪声，提高了检测精度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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1为本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置的逻辑框图；

图2为本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置的频率锁定点示意图；

图3为本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置的一种优选实施例的逻辑框图；

图4为本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置的第二种优选实施例的逻辑框图。

图中：

1011.激光器1012.光隔离器102.分束器103.第一光信号传输路径1031.模式匹配透镜组1032.谐振腔1033.第一光电探测器104.第二光信号传输路径1041.第二光电探测器1042.乘法器105.PID控制器106.激光器驱动器107.计算机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法，用于解决如下技术问题：

一、如何实现锁模腔增强系统中气体吸收频率、谐振腔谐振频率、激光器发射中心频率三者的自动锁定；从而实现检测系统的自动校准，提高系统的长期检测稳定性。

二、腔增强气体检测系统中，谐振腔作为气室，通过腔透射光强的变化可以表征气体浓度，在此过程中激光频率必须时刻与谐振腔谐振频率保持锁定。传统的腔增强气体检测技术将激光频率和腔谐振频率锁定到单个气体吸收峰上，受到谐振腔腔长调谐范围和环境噪声的限制，在保持锁定的情况下激光波长将难以扫描过多个气体吸收谱线，从而无法进行多气体检测；如何实现将锁定频率自动从一种气体吸收频率调制到另一种气体吸收频率上，从而实现多气体检测；

三、现有ML-CEAS技术通常采用PDH锁频技术，将激光频率与谐振腔谐振频率锁定在气体吸收峰上，检测时保持频率锁定状态，通过探测器光强信号的变化直接对气体浓度进行检测。该方法难以对激光频率进行调谐，只能获得单个气体吸收峰峰值处光强变化，无法进行多气体检测，且无法消除激光器光强噪声；此外，系统易受外界振动影响而失去锁定，失锁后无法自动恢复锁定，抗干扰性较差。

参见图1，本发明提供一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置，包括激光器1011装置、分束器102、第一光信号传输路径103、第二光信号传输路径104、PID控制器105、激光器驱动器106和计算机107。

激光器1011装置通过分束器102向第一光信号传输路径103输入激光。第一光信号传输路径103包括沿激光传播方向依次布置的模式匹配透镜组1031、谐振腔1032和第一光电探测器1033。在本发明提供的实施例中，谐振腔1032由两片高反射率的平凹反射镜组成，波长与激光器1011匹配，其还用于通入待测气体。第一光电探测器1033接收从谐振腔1032输入的透射光，获得第一检测信号并传输到计算机107。

在本发明提供的实施例中，激光射入到谐振腔1032后分为两部分，一部分在谐振腔1032内的被待测气体吸收，形成透射光输入到第一光电探测器1033，另一部分被谐振腔1032的反射镜反射形成反射光，谐振腔1032将这部分反射光输入到分束器102，分束器102将该反射的激光输入到第二光信号传输路径104。第二光信号传输路径104包括沿信号传播方向依次布置的第二光电探测器1041和乘法器1042；第二光电探测器1041接收从分束器102输入的反射激光，获得第二检测信号并传输到乘法器1042。乘法器1042接收到的信号分为两路，一路是接收到的对原始激光进行相位调制的激光相位调制信号，其作为参考信号；另一路信号来自第二光电探测器1041发送的第二检测信号。乘法器1042基于该第二检测信号结合接收到的激光相位调制信号获得误差信号，并传输到PID控制器105。

PID控制器105基于第一检测信号和误差信号获得反馈信号，并传输到激光器驱动器106；激光器驱动器106基于反馈信号控制激光器1011装置的电流，还能够改变激光器1011的温度。

计算机107具体用于：

基于预存的气体吸收光谱数据库和激光波长调谐范围生成初始温度调谐信号，并传输到激光器驱动器106，使激光器1011装置通过分束器102向所述第一光信号传输路径103输入激光，最后通过第一光电探测器1033获得第一检测信号并传输到计算机107；

将第一检测信号进行高斯拟合，并将进行了该高斯拟合后的第一检测信号与气体吸收光谱数据库内存储的数据进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；激光波长调谐范围属于激光器1011的固有性能特征；

基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

基于激光频率锁定点信息获得温度调制信号并发送到激光器驱动器106，改变激光器1011的温度，获得变更的第一检测信号；

基于该变更的第一检测信号，重复上述第一至第三个过程，增加激光频率锁定点信息的数量；

分别计算一个激光频率锁定点信息与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差值，获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息。

本发明提供的装置，采用重复频率锁定技术，根据气体的吸收光谱确定多个锁定点，通过对激光器1011温度进行非线性调谐使激光频率扫描过这些锁定点；该重复频率锁定技术采用比例积分微分(PID)控制器，可以自动探测锁定点并进行锁定，该锁定将持续一定时间，随后主动中止锁定，并等待激光频率扫描到下一个锁定点进行再次重复锁定。在波长扫描范围内存在多个谐振腔1032的基本模式和多个气体吸收峰，如图2所示，假定激光扫描范围内存在两个激光吸收峰，则设置三个频率锁定点(2个锁定点位于吸收峰，一个锁定点位于基线作为参考)。

在进行气体检测时，调制激光器1011温度，使激光器1011波长周期性的在设定的范围内扫描，当激光扫描到锁定点附近时，启动PID控制，锁定持续一定的时间，随后主动中断PID控制，使其失去锁定，随后等待波长扫描到下一个锁定点进行重新锁定。

通过数据采集卡和光电探测器记录每个锁定点锁定时腔透射光幅值，并计算其平均值，将锁定点2腔透射光平均值和锁定点1腔透射光平均值的差值作为第一种气体浓度信息的表征；同理，将锁定点3腔透射光平均值和锁定点1腔透射光平均值的差值作为第二种气体浓度信息的表征。

在本发明提供的实施例中，温度控制信号是由计算机107产生的调制信号经过数据采集卡(DAQ)转变为模拟电压信号，随后输入激光器驱动器106控制激光器1011的温度。该温度扫描信号并非由PD1输出的信号产生。激光器1011温度扫描目的是实现激光器1011波长的扫描，经过波长扫描激光可以经过图2所示的基线和气体吸收线部分，其中锁定点附近区域包含气体吸收信息用于计算气体浓度，其他区域有用信息较少；线性调制下激光器1011波长的变化为线性，在整个扫描周期内扫描速度恒定；非线性调制降低锁定点附近区域的扫描速度，增加其他区域的扫描速度，使得在锁定点附近波长变化较平缓，这样提高了锁定过程的稳定性和鲁棒性；且在相同检测时间内提高有效数据点数量，提高了检测速度。

在本发明提供的优选实施例中，对原始激光进行相位调制采用电光相位调制器EOM，如图3所示，具体设置包括：在激光器1011装置之后设置偏振片、EOM和EOM驱动器；偏振片将激光器1011装置发出的激光转换为线偏振光，并输入到EOM中，满足EOM的需求；EOM基于EOM驱动器输入的EOM驱动信号，对线偏振光进行调制，获得激光相位调制信号，并输入到乘法器1042。

在另一种实施例中，不采用电光调制的方式，无需EOM和EOM驱动器，直接通过激光器1011电流的高频调制实现激光相位调制。如图4所示，具体包括：激光器1011装置具有高频调制信号发生器，该高频调制信号发生器用于对激光器1011装置发出的激光进行调制，获得两路相位相差90度的激光相位调制信号，并分别输入到乘法器1042和激光器驱动器106。

在本发明提供的优选实施例中，激光器1011装置包括激光器1011和光隔离器1012；激光器1011用于输出激光，光隔离器1012用于隔离反射光。

本多气体检测装置还具有第一滤波器和第二滤波器；第一滤波器为高通滤波器，位于第二光电探测器1041和乘法器1042之间，用于截止频率小于9第二光电探测器1041的带宽；第二滤波器为低通滤波器，位于乘法器1042和PID控制器105之间，截止频率大于1MHz。

计算机107具有数据采集卡DAQ，用于存储信号数据，其具备模数转换和数模转换功能，且数模转换至少有两个通道。计算机107控制该数据采集卡，显示各类数据。

模式匹配透镜组1031可选任意数量凸透镜和凹透镜的组合，用于实现激光器1011和谐振腔1032的模式匹配。

第二方面，本发明提供一种利用上述装置进行基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测方法，包括如下过程：

S1将待测气体通入谐振腔1032，基于预存的气体吸收光谱数据库和激光波长调谐范围生成初始温度调谐信号，向激光器驱动器106输送该初始温度调谐信号，使激光器1011装置通过所述分束器102向第一光信号传输路径103输入激光，获得第一检测信号；

S2将获取的第一检测信号进行高斯拟合，并将进行了高斯拟合后的第一检测信号与气体吸收光谱数据库进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；

S3基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

S4基于激光频率锁定点信息获得温度调制信号并发送到激光器驱动器106，改变激光器1011的温度，获得变更的第一检测信号；

S5基于该变更的第一检测信号，重复步骤S1至S3(可以将检测装置移动到不同的位置执行)，增加激光频率锁定点信息的数量；

S6基于步骤S5获得的激光频率锁定点信息，结合激光频率基线参照点，计算获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息。

进一步的，步骤S5包括：

基于激光频率锁定点信息/增加的激光频率锁定点信息，通过增加远离激光频率锁定点区域的扫描速度，获得温度调制信号

更进一步的，步骤S6具体包括：

分别计算每个激光频率锁定点与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差分幅值；

基于锁定点的位置信息，获得待测气体种类信息；

基于该透射光幅值平均值的差分幅值，绘制拟合曲线，并基于该拟合曲线获得待测气体浓度信息。

本发明还提供一个实施例，用于显示使用本发明提供的多气体检测装置的一个优选检测流程，具体包括：

步骤一，将一定浓度的待测气体通入谐振腔。

步骤二，启动激光器驱动器，采用恒定温度和恒定电流控制激光器。

步骤三，启动EOM驱动器对激光频率进行调制；启动光电探测器PD、PD2，数据采集卡，计算机。

步骤四，计算机产生激光器温度驱动信号，通过改变激光器温度对激光波长进行调制，使其扫描经过多个气体吸收峰，根据气体吸收峰和基线位置确定频率锁定点。

步骤五，通过计算机控制PID控制器，使其在波长扫描至频率点附近启动，实现激光与谐振腔频率的锁定，通过计算机控制PID控制器的关断，在锁定一段时间后主动中断频率锁定，等待激光波长扫描至下一个频率锁定点时启动锁定。

步骤六，通过数据采集卡镜光电探测器PD产生的腔透射光强电压信号转变为数字信号，输入计算机进行处理、存储和显示。

步骤七，在计算机中处理数据时，计算每个频率锁定点腔透射光幅值，并其平均值，将锁定点2腔透射光平均值和锁定点1腔透射光平均值的差分幅值作为第一种气体浓度信息的表征；同理，将锁定点3腔透射光平均值和锁定点1腔透射光平均值的差分幅值作为第二种气体浓度信息的表征。

步骤八，选取一定范围浓度的多种待测气体，分别通入谐振腔，并通过上述步骤6得到不同浓度对应的差分幅值，根据气体浓度及对应的差分幅值作标定曲线拟合出差分幅值与气体浓度的关系。

步骤九，通入未知浓度的未知气体，根据不同位置差分幅值的大小得出气体种类，根据差分幅值的大小及步骤7得到的拟合曲线，得出气体浓度。

综上所述，本发明提供的一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置和方法，采用重复频率锁定技术，根据气体的吸收光谱确定多个锁定点，通过对激光器温度进行非线性调谐使激光频率扫描过这些锁定点；该重复频率锁定技术采用比例积分微分(PID)控制器，可以自动探测锁定点并进行锁定，该锁定将持续一定时间，随后主动中止锁定，并等待激光频率扫描到下一个锁定点进行再次重复锁定。本发明提供的装置和方法具有如下优点：

实现了ML-CEAS技术中激光频率的大范围扫描，使得激光频率可以扫描过多个气体吸收光谱的多个吸收峰以及无吸收的基线位置，随后将以无吸收基线位置处的光强作为基准，与带有气体浓度信息的吸收峰处光强进行差分运算，消除了激光光强波动引起的噪声；

非线性温度扫描，通过采用非线性温度控制信号，使得在包含所需信息的锁定点处激光器温度缓慢变化或保持不变，在非锁定点处激光器温度快速扫描，从而在不获取较多信息的同时降低整体扫描时间，提高检测速率；

锁模腔增强差分检测，在无吸收的基线处设置锁定点，随后将以无吸收基线位置处的光强作为基准，与带有气体浓度信息的吸收峰处光强进行差分运算，消除了激光光强波动引起的噪声；

通过主动的锁定与失锁大大提高了检测系统的抗干扰性。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测装置，其特征在于，包括激光器装置、分束器、第一光信号传输路径、第二光信号传输路径、PID控制器、激光器驱动器和计算机；

所述激光器装置通过所述分束器向所述第一光信号传输路径输入激光；所述第一光信号传输路径包括沿激光传播方向依次布置的模式匹配透镜组、谐振腔和第一光电探测器；所述谐振腔用于通入待测气体；所述第一光电探测器接收从所述谐振腔输入的透射光，获得第一检测信号并传输到所述计算机；

所述谐振腔还将所述激光器输入的激光反射至所述分束器，所述分束器将该反射的激光输入到所述第二光信号传输路径；所述第二光信号传输路径包括沿信号传播方向依次布置的第二光电探测器和乘法器；所述第二光电探测器接收从所述分束器输入的反射激光，获得第二检测信号并传输到所述乘法器，所述乘法器基于该第二检测信号结合接收到的激光相位调制信号获得误差信号，并传输到所述PID控制器；

所述PID控制器基于所述第一检测信号和误差信号获得反馈信号，并传输到所述激光器驱动器；所述激光器驱动器基于所述反馈信号控制所述激光器装置的电流，还能够改变激光器的温度；

所述计算机用于：

基于气体吸收光谱数据库和激光波长调谐范围生成初始温度调谐信号，并传输到所述激光器驱动器，使所述激光器装置通过所述分束器向所述第一光信号传输路径输入激光，获得第一检测信号并传输到所述计算机；

将所述第一检测信号进行高斯拟合，并与气体吸收光谱数据库进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；

基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

基于激光频率锁定点信息获得温度调制信号并发送到所述激光器驱动器，改变激光器的温度，获得变更的所述第一检测信号；

基于该变更的所述第一检测信号，重复上述第一至第三个过程，增加所述激光频率锁定点信息的数量；

分别计算一个所述激光频率锁定点信息与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差值，获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息；

所述的计算机增加所述激光频率锁定点信息的数量的过程包括：

基于激光频率锁定点信息/增加的激光频率锁定点信息，通过增加远离激光频率锁定点区域的扫描速度，获得所述温度调制信号。

2.根据权利要求1所述的多气体检测装置，其特征在于，还包括偏振片、EOM和EOM驱动器；所述偏振片将所述激光器装置发出的激光转换为线偏振光，并输入到EOM中；所述EOM基于所述EOM驱动器输入的EOM驱动信号，对线偏振光进行调制，获得所述激光相位调制信号，并输入到所述乘法器。

3.根据权利要求1所述的多气体检测装置，其特征在于，所述激光器装置具有高频调制信号发生器，该高频调制信号发生器用于对所述激光器装置发出的激光进行调制，获得两路相位相差90度的所述激光相位调制信号，并分别输入到所述乘法器和激光器驱动器。

4.根据权利要求1至3任一所述的多气体检测装置，其特征在于，所述激光器装置包括激光器和光隔离器；所述激光器用于输出激光，所述光隔离器用于隔离反射光。

5.根据权利要求1至3任一所述的多气体检测装置，其特征在于，还包括第一滤波器和第二滤波器；所述第一滤波器为高通滤波器，位于所述第二光电探测器和乘法器之间；所述第二滤波器为低通滤波器，位于所述乘法器和PID控制器之间。

6.根据权利要求1至3任一所述的多气体检测装置，其特征在于，所述计算机具有数据采集卡，用于将所述温度调至信号进行数模转换。

7.一种基于锁模腔增强吸收光谱的多气体检测方法，利用如权利要求1至6任一所述的多气体检测装置执行，其特征在于，包括：

S1 将待测气体通入谐振腔，向所述激光器驱动器输送初始温度调谐信号，使所述激光器装置通过所述分束器向所述第一光信号传输路径输入激光，获得第一检测信号；

S2 将所述第一检测信号进行高斯拟合，并与气体吸收光谱数据库进行对照，获得激光扫描范围内的激光吸收峰；

S3 基于该激光吸收峰和激光频率基线参照点获得激光频率锁定点信息；

S4 基于激光频率锁定点信息获得所述温度调制信号并发送到所述激光器驱动器，改变激光器的温度，获得变更的所述第一检测信号；

S5 基于该变更的所述第一检测信号，重复步骤S1至S3，增加所述激光频率锁定点信息的数量；具体包括：

基于激光频率锁定点信息/增加的激光频率锁定点信息，通过增加远离激光频率锁定点区域的扫描速度，获得所述温度调制信号；

S6 基于步骤S5获得的所述激光频率锁定点信息，结合激光频率基线参照点，计算获得待测气体浓度信息和待测气体种类信息。

8.根据权利要求7所述的多气体检测方法，其特征在于，步骤S6包括：

分别计算每个所述激光频率锁定点与激光频率基线参照点的透射光幅值平均值的差分幅值；

基于该透射光幅值对应的锁定点位置，获得待测气体种类信息；

基于该透射光幅值平均值的差分幅值，绘制拟合曲线，并基于该拟合曲线获得待测气体浓度信息。