基于非线性调谐提高激光气体分析灵敏度的方法和装置

摘要

本发明属于气体浓度、温度、压力或流速的测量技术领域，为提供一种提高可调谐激光吸收光谱检测精度的方法和装置，可以在不增加系统硬件开销的情况下，完整的采集、记录谱线的全部信息，从而提高TDLAS系统的测量精度，并适合于气体浓度、压力、温度及流速在线（及原位）或离线检测或监测应用。为达到上述目的，本发明的技术方案是：基于非线性调谐提高激光气体分析灵敏度的方法，步骤是：检测气体对激光的吸收谱线，对包括浓度、压力、温度及流速在内的气体的参数进行测量，其中，在激光激发阶段施加某种变换，在检测气体对激光的吸收谱线阶段施加相应的逆变换。本发明主要应用于气体检测。

主权项

一种基于非线性调谐提高激光气体分析灵敏度的方法，步骤是：利用非线性调谐方法对激光器的发射波长进行扫描，检测气体对激光的吸收谱线，对包括浓度、压力、温度及流速在内的气体的参数进行测量，其特征是，激光扫描阶段施加某种非线性变换，在检测气体对激光的吸收谱线阶段施加相应的逆变换；施加某种变换采用的变换函数包括高斯函数、洛仑兹函数、正弦或余弦函数、钟形函数中的一种，所施加变换函数的特征参数与气体吸收谱线参数、激光器的调制特性以及激光驱动器的传输特性参数相关具体为：所施加变换函数的幅值a、中心位置b、和宽度c特征参数与气体吸收谱线中心位置λ_c、线宽γ_m参数、锯齿波周期T、幅度ΔV_m参数以及包括激光驱动器的电压‑电流转换系数α、二极管激光器的电流调谐速率β的激光器的调制特性相关，具体如下：波形幅值a与施加的调制锯齿波斜率相关，取为：$a\le \frac{{\mathrm{\Delta V}}_m}{T}---\left(1\right)$其中，T是锯齿波周期，单位：ms，ΔV_m是锯齿波的幅度，单位：V；中心位置b取值为：b＝λ_c(t)＝kT                (2)其中，t为谱线的中心位置出现的时刻，k为常数系数且k取0.5～0.8；宽度c与待测气体谱线宽度FWHM，γ_m，单位：nm、激光波长调谐范围Δv_m，单位：nm和锯齿波的周期T有关：$c=\frac{k_1{\gamma }_m}{{\mathrm{\Delta v}}_m}T---\left(3\right)$其中，k₁为经验系数，取值范围为1.1～3，激光波长调谐范围Δv_m与锯齿波幅度关系为Δν_m＝α·β·V_m              (4)α是激光驱动器的电压‑电流转换系数，单位：mA/V；β是二极管激光器的电流调谐速率，单位：nm/mA。