CN117368113A - 基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，应用于多个点位的气体浓度监测，基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块、气体检测模块、光路放大模块以及本地解调模块；多个点位共用一个激光输出模块和一个本地解调模块、多个点位中的每个点位设置有一个气体检测模块和一个光路放大模块。通过气体检测模块对预设波长和频率的激光进行激光收集以及光路放大模块的作用，使得大区域的多个点位共同使用一个激光输出模块即可以使系统完成多个点位的气体电压信号生成，进而通过本地解调模块的计算得到多点位气体浓度信息，大大提高了器件的利用率，降低了物力和人力成本。
Description
技术领域
本发明属于气体监测技术领域，具体涉及一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统。
背景技术
近几年，光声光谱气体传感技术因其体积小、灵敏度高等优势得到迅速发展，该技术可以应用于大气环境质量监测、电力系统安全检测和医疗疾病无创诊断等方面。
但现有的光声光谱气体传感技术，在实现大区域内多点位气体浓度的同时检测时，需要将多台整套气体检测设备分别布置在一片区域内的各个点位上，并使设备同时工作，进而实现大区域内多点位气体浓度同时检测。另外也有一种新的多点测量光声光谱技术，其是通过光纤分束器对光源进行分光从而实现多点测量，但如果将该技术运用到大区域的多点实时测量，将很难保证通过光纤传输至各点位的激光功率能够满足探测需求。此外，该技术采用了音叉式的石英晶振来探测声波，而石英音叉两个振臂之间的间隙仅为300μm，不利于高功率激励光源的使用。
由于需要多台整套气体检测设备，且每套气体检测设备都需要技术人员布置到对应点位，而每套系统设备都包含独自的激光发射装置、气体检测装置和数据解调装置，这就造成设备器件利用率低、物力和人力成本高等问题。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，应用于多个点位的气体浓度监测，所述基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块、气体检测模块、光路放大模块以及本地解调模块；
所述多个点位共用一个激光输出模块和一个本地解调模块、所述多个点位中的每个点位设置有一个气体检测模块和一个光路放大模块；
所述激光输出模块用于生成初始用于气体检测的预设波长和频率的激光和调制信号；
所述多个气体检测模块和多个光路放大模块配合作用，用于将所述预设波长和频率的激光进行激光收集形成调制收集激光，在所述调制收集激光作用下，完成多个点位的气体电压信号生成；
本地解调模块用于通过多个点位的气体电压信号和所述调制信号得到多点位气体浓度信息。
可选地，当待测点位数为N，所述基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统还包括：气体检测及光路放大模块；
所述激光输出模块，用于产生扫描信号和调制信号，将所述扫描信号和所述调制信号经信号合路后，形成预设波长和频率的激光，将所述预设波长和频率的激光输入所述光路放大模块，同步将所述调制信号输入所述本地解调模块；
所述光路放大模块，用于将所述预设波长和频率的激光进行窄带放大得到调制激光，并将所述调制激光输入所述气体检测模块；
所述气体检测模块，用于获取当前点位气体，所述当前点位气体在所述调制激光的作用下形成当前气体电压信号，并将所述当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块；
所述气体检测模块，还用于将所述调制激光进行激光收集，得到调制收集激光，并将所述调制收集激光经所述光路放大模块输入气体检测及光路放大模块；
所述气体检测及光路放大模块包含N-1个气体检测模块和光路放大模块；所述气体检测及光路放大模块用于生成除当前点位之外的N-1个点位的气体电压信号和调制收集激光，并相应传输到本地解调模块和对应光路放大模块；
所述本地解调模块，用于通过调制信号和气体电压信号获得包含目标气体浓度信息的信号，通过所述包含目标气体浓度信息的信号计算得到多点位气体浓度信息。
可选地，所述气体检测模块包括：光束准直器、光声光谱气体检测装置、收光装置、进气口、出气口、无线传输模块；
通过进气口和出气口将当前点位气体通入所述光声光谱气体检测装置；
所述调制激光经过所述光束准直器射入光声光谱气体检测装置；
所述光声光谱气体检测装置利用所述当前点位气体和所述调制激光形成当前气体电压信号，并将所述当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块。
可选地，收光装置包括：会聚透镜和激光光束收光装置；
所述调制激光透过所述光声光谱气体检测装置后，由所述会聚透镜会聚至所述激光光束收光装置，所述激光光束收光装置将所述调制激光进行收集并传输至对应光路放大模块。
可选地，激光光束收光装置包括:依次排布的收光透镜、准直透镜、耦合透镜以及单模光纤；
所述收光透镜用于对所述调制激光进行激光收集，得到初始调制收集激光；所述准直透镜用于对所述初始调制收集激光进行准直校准，得到调制收集激光，所述耦合透镜用于将所述调制收集激光耦合到单模光纤，并通过所述单模光纤完成信号传递。
可选地，所述收光透镜表面镀有预设厚度的增透膜。
可选地，准直透镜为直径6mm的双凸透镜。
可选地，所述准直透镜与收光透镜之间的距离，为所述准直透镜和收光透镜的焦距之和。
可选地，所述耦合透镜为直径6mm的平凸透镜。
可选地，所述激光输出模块包括：扫描信号源、调制信号源、信号加法器以及分布式反馈激光器；
所述扫描信号源，用于输出扫描信号；所述调制信号源，用于输出调制信号；所述信号加法器，用于将所述扫描信号和所述调制信号经信号合路后，形成合路信号；
所述分布式反馈激光器，用于将所述合路信号反馈形成预设波长和频率的激光。
本发明提供的一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，应用于多个点位的气体浓度监测，基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块、气体检测模块、光路放大模块以及本地解调模块；多个点位共用一个激光输出模块和一个本地解调模块、多个点位中的每个点位设置有一个气体检测模块和一个光路放大模块；激光输出模块用于生成初始用于气体检测的预设波长和频率的激光和调制信号；多个气体检测模块和多个光路放大模块配合作用，用于将预设波长和频率的激光进行激光收集形成调制收集激光，在调制收集激光作用下，完成多个点位的气体电压信号生成；本地解调模块用于通过多个点位的气体电压信号和调制信号得到多点位气体浓度信息。通过气体检测模块对预设波长和频率的激光进行激光收集以及光路放大模块的作用，使得大区域的多个点位共同使用一个激光输出模块即可以使系统完成多个点位的气体电压信号生成和传输，进而通过本地解调模块的计算得到多点位气体浓度信息，大大提高了器件的利用率，降低了物力和人力成本。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统的结构图；
图2为本发明实施例提供的激光光束收光装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的气体检测模块的内部系统图；
图4为本发明实施例提供的激光输出模块的设备外观图；
图5为本发明实施例提供的气体检测模块的设备外观图；
图6为本发明实施例提供的光路放大模块的设备外观图；
图7为本发明实施例提供的本地解调模块的设备外观图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。
另外，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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
为了解决现有技术中存在的设备器件利用率低、物力和人力成本高等问题，本发明实施例提供了一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，应用于多个点位的气体浓度监测。图1为本发明实施例提供的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统的结构图。如图1所示，基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块1、气体检测模块6、光路放大模块13以及本地解调模块16；
多个点位共用一个激光输出模块1和一个本地解调模块16、多个点位中的每个点位设置有一个气体检测模块6和一个光路放大模块13；
激光输出模块1用于生成初始用于气体检测的预设波长和频率的激光和调制信号；
多个气体检测模块6和多个光路放大模块13配合作用，用于将预设波长和频率的激光进行激光收集形成调制收集激光，在调制收集激光作用下，完成多个点位的气体电压信号生成；
本地解调模块16用于通过多个点位的气体电压信号和调制信号得到多点位气体浓度信息。
需要说明的是，在本发明实施例中，多个点位的气体电压信号具体可以为多个点位的目标气体电压信号。
本发明提供的一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，应用于多个点位的气体浓度监测，基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块1、气体检测模块6、光路放大模块13以及本地解调模块16；多个点位共用一个激光输出模块1和一个本地解调模块16、多个点位中的每个点位设置有一个气体检测模块6和一个光路放大模块13；激光输出模块1用于生成初始用于气体检测的预设波长和频率的激光和调制信号；多个气体检测模块6和多个光路放大模块13配合作用，用于将预设波长和频率的激光进行激光收集形成调制收集激光，在调制收集激光作用下，完成多个点位的气体电压信号生成；本地解调模块16用于通过多个点位的气体电压信号和调制信号得到多点位气体浓度信息。通过气体检测模块6对预设波长和频率的激光进行激光收集以及光路放大模块13的作用，使得大区域的多个点位共同使用一个激光输出模块1即可以使系统完成多个点位的气体电压信号生成，进而通过本地解调模块16的计算得到多点位气体浓度信息，大大提高了器件的利用率，降低了物力和人力成本。
可选地，当待测点位数为N，基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统还包括：气体检测及光路放大模块15；
激光输出模块1，用于产生扫描信号和调制信号，将扫描信号和调制信号经信号合路后，形成预设波长和频率的激光，将预设波长和频率的激光输入光路放大模块13，同步将调制信号输入本地解调模块16；
光路放大模块13，用于将预设波长和频率的激光进行窄带放大得到调制激光，并将调制激光输入气体检测模块6；
气体检测模块6，用于获取当前点位气体，当前点位气体在调制激光的作用下形成当前气体电压信号，并将当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块16；
气体检测模块6，还用于将调制激光进行激光收集，得到调制收集激光，并将调制收集激光经光路放大模块13输入气体检测及光路放大模块15；
气体检测及光路放大模块15包含N-1个气体检测模块6和光路放大模块13；气体检测及光路放大模块15用于生成除当前点位之外的N-1个点位的气体电压信号和调制收集激光，并相应传输到本地解调模块16和对应光路放大模块13；
本地解调模块16，用于通过调制信号和气体电压信号获得包含目标气体浓度信息的信号，通过包含目标气体浓度信息的信号计算得到多点位气体浓度信息。
需要说明的是，在本发明实施例中本地解调模块16利用本地计算机运算处理计算出大区域各点位处目标气体浓度信息，其具体运算步骤如下：气体电压信号S同目标气体吸收系数α的关系如下式：S～αPQ/f0，式中P为激光功率、Q为品质因子、f0为调制信号的调制频率，从而通过所测得气体电压信号S可以计算出目标气体吸收系数α，而目标气体吸收系数α同气体浓度N关系如公式：α＝σN，式中σ为气体吸收截面，将目标气体吸收系数α代入公式即可求得目标气体浓度信息。
可选地，气体检测模块6，包括：光束准直器7、光声光谱气体检测装置8、收光装置9、进气口10、出气口11、无线传输模块12；
通过进气口10和出气口11将当前点位气体通入光声光谱气体检测装置8；
调制激光经过光束准直器7射入光声光谱气体检测装置8；
光声光谱气体检测装置8利用当前点位气体和调制激光形成当前气体电压信号，并将当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块16。
可选地，收光装置9包括：会聚透镜28和激光光束收光装置29；
调制激光透过光声光谱气体检测装置8后，由会聚透镜28会聚至激光光束收光装置29，激光光束收光装置29将调制激光进行收集并传输至对应光路放大模块13。
可选地，激光光束收光装置29包括:依次排布的收光透镜20、准直透镜21、耦合透镜22以及单模光纤23；
收光透镜20用于对调制激光进行激光收集，得到初始调制收集激光；准直透镜21用于对初始调制收集激光进行准直校准，得到调制收集激光，耦合透镜22用于将调制收集激光耦合到单模光纤23，并通过单模光纤23完成信号传递。
可选地，收光透镜20表面镀有预设厚度的增透膜。
具体地，所述收光透镜20为直径12.7mm的双凸透镜，且表面镀有预设厚度的增透膜，增透膜工作波长对应于分布式反馈激光器5的输出激光中心波长。
可以理解的是，在本发明实施例中，通过在收光透镜20表面镀设预设厚度的增透膜，可以更高效率地进行激光收集。
可选地，准直透镜21为直径6mm的双凸透镜。
可以理解的是，在本发明实施例中，通过增加准直透镜21可以使得后续的耦合透镜22能更好的进行激光处理。
可选地，所述准直透镜21与收光透镜20之间的距离，为所述准直透镜21和收光透镜20的焦距之和。
可选地，耦合透镜22为直径6mm的平凸透镜。
需要说明的是，所述耦合透镜22和单模光纤23之间的距离，需要达到透过耦合透镜的激光传输角度必须满足单模光纤数值孔径NA的要求，一般单模光纤的数值孔径为0.14左右，因此传输至单模光纤的激光的角度需小于0.14rad。
可选地，激光输出模块1包括：扫描信号源2、调制信号源3、信号加法器4、分布式反馈激光器5；
扫描信号源2，用于输出扫描信号；调制信号源3，用于输出调制信号；信号加法器4，用于将扫描信号和调制信号经信号合路后，形成合路信号；
分布式反馈激光器5，用于将合路信号反馈形成预设波长和频率的激光。
为了详细说明本发明实施例提供的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，现以待测点位数为5为例对整个系统的运行过程进行说明。涉及设备包括：一台激光输出模块设备1、一台本地解调模块设备16、五台气体检测模块设备6和五台光路放大模块设备13。
图1中激光输出模块1包括：扫描信号源2、调制信号源3、信号加法器4以及分布式反馈激光器5。气体检测模块6包括：光束准直器7、光声光谱气体检测装置8、收光装置9、进气口10、出气口11以及无线传输模块12。光路放大模块13包括EDFA功率放大及FBG窄带滤光装置14。气体检测及光路放大模块15包括多个激光输出模块1和气体检测模块6。本地解调模块16包括：无线传输模块17、锁相放大器18和本地计算机19。
图2为本发明实施例提供的激光光束收光装置9的结构示意图。如图2所示，该激光光束收光装置9包括：依次排布的收光透镜20、准直透镜21、耦合透镜22以及单模光纤23。
图3为本发明实施例提供的气体检测模块6的内部系统图。如图3所示，该气体检测模块6的内部系统包括：光束准直器7、进气口10、出气口11、无线传输模块12、石英音叉传感器件27、会聚透镜28、激光光束收光装置29、增益电阻30、气体传感装置31以及运算放大器32。具体地，图2中的激光光束收光装置9对应图3中的激光光束收光装置29。
图4为本发明实施例提供的激光输出模块1的设备外观图，如图4所示，包括：调制信号输出口24、电源输入25以及FC/PC接口26。
图5为本发明实施例提供的气体检测模块6的设备外观图，如图5所示，包括：进气口10、出气口11、FC/PC接口26以及FC/PC接口33。
图6为本发明实施例提供的光路放大模块13的设备外观图，如图6所示，包括：FC/PC接口33和FC/PC接口26。
图7为本发明实施例提供的本地解调模块16的设备外观图，如图7所示，包括：电源输入25、参考信号输入口38、USB接口39。
首先，由激光输出模块1中的扫描信号源2输出扫描信号，扫描信号为三角波信号，另一路调制信号源3输出调制信号，调制信号是频率为石英音叉共振频率一半的正弦信号，用于对激光进行调制。调制信号源3同时将调制信号作为参考信号输入至本地解调模块设备16中的锁相放大器18。扫描信号和调制信号两路信号，经信号合路器4合路驱动分布式反馈激光器5，使分布式反馈激光器5通过单模光纤输出预设波长和频率的激光至第一台光路放大模块13。
其次，由光路放大模块13对激光输出模块1输出的预设波长和频率的激光进行窄带放大，由于光声光谱气体传感技术的探测灵敏度正比于激发光功率，所以此处对预设波长和频率的激光进行的窄带放大可以实现对后续气体检测模块6设备性能的提升。预设波长和频率的激光通过单模光纤传输至光路放大模块13后，先会经掺铒光纤放大器进行光功率放大，掺铒光纤放大器(EDFA)可以将20mW功率激光泵浦至1.36W，但EDFA同时也会放大非吸收线附近的干扰光，所以在EDFA后端设置光纤环形器和布拉格光栅(FBG)，预设波长和频率的激光经光纤环形器进入布拉格光栅，布拉格光栅工作波长为目标气体吸收线波长，因此会反射目标气体吸收线附近波长光进入光纤环形器，继而进入后续光路，也即进入第一点位处的气体检测模块6。另外，光路放大模块13中还设置光功率阈值系统，一旦光功率低于一定的阈值，光路放大器13就会对激光输出模块1的输出激光进行功率放大，反之则不会。
继次，由第一点位气体检测模块6进行气体检测及其相关数据传输，并且收集传输透过气体传感装置31的激光。由第一台光路放大模块13输出预设波长和频率的激光至光束准直器7，进而射入气体传感装置31中。受预设波长和频率的激光作用，使目标气体(由进气口10通入、出气口11通出)产生周期性的声波，此声波信号会使石英音叉传感器件27产生微弱的交变电流，再由增益电阻30、运算放大器32转变为气体电压信号传输至无线传输模块12。此气体电压信号会由本地解调模块16中的无线传输模块17接收到。气体检测模块6还将负责进行透过气体传感装置31的激光的收集与传输，预设波长和频率的激光透过气体传感装置31后由会聚透镜28会聚至激光光束收光装置29，激光光束收光装置29会将此激光收集得到调制收集激光并传输至单模光纤，进而传输至后续光路放大模块。这里由于光纤接口的插入损耗、空间光传输损耗、目标气体吸收和收光装置的收光损耗，实际收光装置所收集到的调制收集激光功率只有百毫瓦级别。
接着，由第二台光路放大模块设备，对光纤中的调制收集激光进行窄带放大，既可补偿光在光纤中远距离传输的损耗，又可滤除非目标气体吸收线附近的干扰光。这里第二台光路放大模块设备放置于第二处检测点位附近，因此连接第一点位处气体检测模块6和第二台光路放大模块13的单模光纤将达到km级，所以需要考虑激光在光纤中远距离传输损耗的问题。此处光路放大模块13与第一台光路放大模块13的工作方式相同，一方面通过掺铒光纤放大器(EDFA)将光纤中调制收集激光放大至1.5W，另一方面通过光纤环形器和布拉格光栅(FBG)滤除非目标气体吸收线附近的干扰光，同时此模块中所设置的阈值系统会对光纤中调制收集激光的功率进行实时检测以选择性放大。
后续点位气体检测模块6和光路放大模块13的工作步骤和上述步骤类似，以此反复直至将调制收集激光通过单模光纤传输至第五点位处的光路放大模块设备13和气体检测模块设备6。
具体地，五个点位处的气体检测模块13同时工作，并将各自检测数据通过无线传输模块12传输至本地解调模块16中的无线传输模块17。
最后，本地解调模块16将对五个点位测得信号进行处理分析，并最终获得各目标点位目标气体的浓度信息。具体地，由本地解调模块16经USB接口输出至本地计算机19，由本地计算机19依据气体浓度计算公式对所获取数据进行处理计算，最终获得5个点位目标气体的浓度信息。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，应用于多个点位的气体浓度监测，所述基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统包括：激光输出模块(1)、气体检测模块(6)、光路放大模块(13)以及本地解调模块(16)；
所述多个点位共用一个所述激光输出模块(1)和一个所述本地解调模块(16)、所述多个点位中的每个点位设置有一个所述气体检测模块(6)和一个所述光路放大模块(13)；
所述激光输出模块(1)用于生成初始用于气体检测的预设波长和频率的激光和调制信号；
所述多个气体检测模块(6)和多个所述光路放大模块(13)配合作用，用于将所述预设波长和频率的激光进行激光收集形成调制收集激光，在所述调制收集激光作用下，完成多个点位的气体电压信号生成；
所述本地解调模块(16)用于通过多个点位的气体电压信号和所述调制信号得到多点位气体浓度信息。
2.根据权利要求1所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，当待测点位数为N，所述基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统还包括：气体检测及光路放大模块(15)；
所述激光输出模块(1)，用于产生扫描信号和调制信号，将所述扫描信号和所述调制信号经信号合路后，形成预设波长和频率的激光，将所述预设波长和频率的激光输入所述光路放大模块(13)，同步将所述调制信号输入所述本地解调模块(16)；
所述光路放大模块(13)，用于将所述预设波长和频率的激光进行窄带放大得到调制激光，并将所述调制激光输入所述气体检测模块(6)；
所述气体检测模块(6)，用于获取当前点位气体，所述当前点位气体在所述调制激光的作用下形成当前气体电压信号，并将所述当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块(16)；
所述气体检测模块(6)，还用于将所述调制激光进行激光收集，得到调制收集激光，并将所述调制收集激光经所述光路放大模块(13)输入气体检测及光路放大模块(15)；
所述气体检测及光路放大模块(15)包含N-1个气体检测模块(6)和光路放大模块(13)；所述气体检测及光路放大模块(15)用于生成除当前点位之外的N-1个点位的气体电压信号和调制收集激光，并相应传输到本地解调模块(16)和对应光路放大模块(13)；
所述本地解调模块(16)，用于通过调制信号和气体电压信号获得包含目标气体浓度信息的信号，通过所述包含目标气体浓度信息的信号计算得到多点位气体浓度信息。
3.根据权利要求2所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述气体检测模块(6)包括：光束准直器(7)、光声光谱气体检测装置(8)、收光装置(9)、进气口(10)、出气口(11)、无线传输模块(12)；
通过进气口(10)和出气口(11)将当前点位气体通入所述光声光谱气体检测装置(8)；
所述调制激光经过所述光束准直器(7)射入光声光谱气体检测装置(8)；
所述光声光谱气体检测装置(8)利用所述当前点位气体和所述调制激光形成当前气体电压信号，并将所述当前气体电压信号通过无线传输输入本地解调模块(16)。
4.根据权利要求3所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述收光装置(9)包括：会聚透镜(28)和激光光束收光装置(29)；
所述调制激光透过所述光声光谱气体检测装置(8)后，由所述会聚透镜(28)会聚至所述激光光束收光装置(29)，所述激光光束收光装置(29)将所述调制激光进行收集并传输至对应所述光路放大模块(13)。
5.根据权利要求4所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述激光光束收光装置(29)包括:依次排布的收光透镜(20)、准直透镜(21)、耦合透镜(22)以及单模光纤(23)；
所述收光透镜(20)用于对所述调制激光进行激光收集，得到初始调制收集激光；所述准直透镜(21)用于对所述初始调制收集激光进行准直校准，得到调制收集激光，所述耦合透镜(22)用于将所述调制收集激光耦合到单模光纤(23)，并通过所述单模光纤(23)完成信号传递。
6.根据权利要求5所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述收光透镜(20)表面镀有预设厚度的增透膜。
7.根据权利要求5所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述准直透镜(21)为直径6mm的双凸透镜。
8.根据权利要求5所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，
所述准直透镜(21)与收光透镜(20)之间的距离，为所述准直透镜(21)和收光透镜(20)的焦距之和。
9.根据权利要求5所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，
所述耦合透镜(22)为直径6mm的平凸透镜。
10.根据权利要求1所述的基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统，其特征在于，所述激光输出模块(1)包括：扫描信号源(2)、调制信号源(3)、信号加法器(4)以及分布式反馈激光器(5)；
所述扫描信号源(2)，用于输出扫描信号；所述调制信号源(3)，用于输出调制信号；所述信号加法器(4)，用于将所述扫描信号和所述调制信号经信号合路后，形成合路信号；
所述分布式反馈激光器(5)，用于将所述合路信号反馈形成预设波长和频率的激光。
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| CN202311315792.7A CN117368113A (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311315792.7A CN117368113A (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117368113A true CN117368113A (zh) | 2024-01-09 |
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| CN202311315792.7A Pending CN117368113A (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 基于光声光谱的大区域多点位气体监测系统 |
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2023
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