本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于波长调制光谱的气体浓度检测系统。
背景技术：
现有的气体浓度检测系统，所采用的光源的调制方法为单独的三角波或单独的正弦波调制，这种光源的调整方式在解调时无法提供与调制信号(单独的三角波或单独的正弦波)成90度的解调信号，因此这种光源调制的调制精度不高，从而影响了气体浓度检测系统的浓度检测结果的精度。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于波长调制光谱的气体浓度检测系统，该系统能准确快速测量气体浓度。
为解决上述技术问题，本实用新型公开的一种基于波长调制光谱的气体浓度检测系统，其特征在于，它包括第一信号发生器、第二信号发生器、加法器、脉宽调制器、激光驱动器、分布式反馈激光器、气体浓度检测气室、激光探测器、锁定放大器和处理器，所述第一信号发生器的正弦波信号输出端连接加法器的第一信号输入端，第二信号发生器的三角波信号输出端连接加法器的第二信号输入端，所述加法器的信号输出端连接脉宽调制器的信号输入端，脉宽调制器的信号输出端连接激光驱动器的信号输入端，激光驱动器的激光驱动信号输出端连接分布式反馈激光器的驱动信号输入端，分布式反馈激光器的激光信号输出端面向气体浓度检测气室的激光信号入射口，激光探测器的信号输入端面向气体浓度检测气室的激光信号射出口，激光探测器的激光感应信号输出端连接处理器的信号输入端，第一信号发生器的余弦波信号输出端连接锁定放大器的信号输入端，锁定放大器的信号输出端连接处理器的解调参考信号输入端，第二信号发生器的三角波信号输出端连接处理器的解调信号输入端。
本实用新型基于光纤的气体浓度检测是通过光在光纤、气体浓度检测气室中完成的，由于光在这些介质中的传输速度快，以及光电转换的速度也快，所以整体测量速度较快。光纤检测的优点包括了其本质安全，光测量干扰小，本实用新型使用波长调制光谱对激光器进行调制时，能够准确对准气体的吸收波长，明显提高了气体浓度的检查准确性。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
其中，1—第一信号发生器、2—第二信号发生器、3—加法器、4—脉宽调制器、5—激光驱动器、6—分布式反馈激光器、7—气体浓度检测气室、8—激光探测器、9—锁定放大器、10—处理器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
本实用新型基于波长调制光谱的气体浓度检测系统，如图1所示，它包括第一信号发生器1、第二信号发生器2、加法器3、脉宽调制器4、激光驱动器5、分布式反馈激光器6、气体浓度检测气室7、激光探测器8、锁定放大器9和处理器10，所述第一信号发生器1的正弦波信号输出端连接加法器3的第一信号输入端，第二信号发生器2的三角波信号输出端连接加法器3的第二信号输入端，所述加法器3的信号输出端连接脉宽调制器4的信号输入端，脉宽调制器4的信号输出端连接激光驱动器5的信号输入端，激光驱动器5的激光驱动信号输出端连接分布式反馈激光器6的驱动信号输入端，分布式反馈激光器6的激光信号输出端面向气体浓度检测气室7的激光信号入射口，激光探测器8的信号输入端面向气体浓度检测气室7的激光信号射出口，激光探测器8的激光感应信号输出端连接处理器10的信号输入端，第一信号发生器1的余弦波信号输出端连接锁定放大器9的信号输入端，锁定放大器9的信号输出端连接处理器10的解调参考信号输入端，第二信号发生器2的三角波信号输出端连接处理器10的解调信号输入端。
上述技术方案中，所述第一信号发生器1输出的正弦波信号和余弦波信号的频率均是第二信号发生器2输出的三角波信号的频率的100倍。选择三角波是为了能够扫描所需的气体吸收谱线，而正弦波以及余弦波是为了给调制信号进行解调使用。两种信号间频率设计为100倍的关系是因为可以将扫描信号和调制信号能够在频域上很好的区分开，检测时获得高的检测精度。
上述技术方案中，所述第一信号发生器1输出的正弦波信号和余弦波信号的频率相等，且频率范围均为100Hz～100kHz；所述第二信号发生器2输出的三角波信号的频率范围为1Hz～1kHz。
上述技术方案中，所述加法器3的信号输出端输出正弦波和三角波的叠加信号进入脉宽调制器4，脉宽调制器4对上述叠加信号进行脉宽调制输出脉宽调制信号。脉宽调制可以根据不同的测量频率需求完成对气体的测量，测量频率高，脉宽调制频率需要越高。
上述技术方案中，所述分布式反馈激光器6用于向气体浓度检测气室7的激光信号入射口输出波长范围为1650～1656nm(这个范围是根据气体(甲烷)的吸收谱线来确定的，甲烷的吸收谱线在此范围内)的激光。
上述技术方案中，所述气体浓度检测气室7中的待检测气体对入射激光的光强进行吸收，所述气体浓度检测气室7的激光信号射出口输出光强度减弱的激光信号。减弱强度经光电转换计算后为微伏级。
上述技术方案中，所述激光探测器8用于对气体浓度检测气室7激光信号射出口输出的激光信号进行探测，并输出微伏级激光感应电信号给处理器10。
上述技术方案中，上述处理器10用于对微伏级激光感应电信号内的待测气体吸收后的光强信号的二次谐波利用解调参考信号和三角波信号进行锁定放大解调，得到与待测气体浓度相关的电压值，该电压值为二次谐波信号的峰峰值，然后与已知浓度的待测气体的浓度值进行归一化处理，得到多组电压信号与待测气体浓度的对应关系，该电压值为二次谐波信号的峰峰值，将多组电压信号与待测气体浓度的对应关系进行归一化处理得到上述二次谐波与待测气体浓度对应的方程。
一种利用上述系统的气体浓度检测方法，它包括如下步骤：
步骤1：第一信号发生器1向加法器3输送频率范围为100Hz～100kHz的正弦波信号，第二信号发生器2向加法器3输送频率范围为1Hz～1kHz的三角波信号；
步骤2：加法器3将上述正弦波信号和三角波信号进行加法处理后向脉宽调制器4输出正弦波和三角波的叠加信号，脉宽调制器4对上述叠加信号进行脉宽调制输出脉宽调制信号；
步骤3：激光驱动器5根据脉宽调制信号控制分布式反馈激光器6向气体浓度检测气室7的激光信号入射口输出波长范围为1650～1656nm的激光；
步骤4：在气体浓度检测气室7内充入已知浓度的待测气体，气体浓度检测气室7中的已知浓度的待测气体对入射激光的光强进行吸收，所述气体浓度检测气室7的激光信号射出口输出光强度减弱的激光信号；
步骤5：所述激光探测器8对气体浓度检测气室7激光信号射出口输出的激光信号进行探测，并输出微伏级激光感应电信号给处理器10；
步骤6：第一信号发生器1向锁定放大器9输出与上述正弦波信号频率相等的余弦波信号，锁定放大器9对余弦波信号进行锁定放大形成解调参考信号，锁定放大器9将解调参考信号输送给处理器10，第二信号发生器2将三角波信号作为解调信号输送给处理器10；步骤7：微伏级激光感应电信号内包含有已知浓度的待测气体吸收后的光强信号的二次谐波，处理器10对上述二次谐波利用解调参考信号和三角波信号进行锁定放大解调(该过程的参考文献为：D’amico,A.,et al."Low-voltage low-power integrated analog lock-in amplifier for gas sensor applications."Sensors and Actuators B:Chemical 144.2(2010):400-406.)，得到与已知浓度的待测气体浓度相关的电压值，该电压值为二次谐波信号的峰峰值，然后将该电压值与已知浓度的待测气体的浓度值进行归一化处理，得到多组电压信号与待测气体浓度的对应关系，将多组电压信号与待测气体浓度的对应关系进行归一化处理得到上述二次谐波与待测气体浓度的方程；
步骤8：将在气体浓度检测气室7内充入待检测浓度的待测气体，然后重复进行步骤1～步骤3，然后气体浓度检测气室7中的待检测浓度的待测气体对入射激光的光强进行吸收，所述气体浓度检测气室7的激光信号射出口输出光强度减弱的激光信号；
然后重复进行步骤5和步骤6，然后处理器10对得到的微伏级激光感应电信号中的待检测浓度的待测气体吸收后的光强信号的二次谐波，利用步骤8得到的二次谐波与待测气体浓度的方程计算得到待检测浓度的待测气体的气体浓度。
上述技术方案中，待测气体选择为甲醛气体。
上述技术方案中，所述二次谐波与待测气体浓度的方程为y＝3.862x+0.03669，其中，x表示二次谐波的幅值，y表示待测气体浓度值。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。