痕量气体探测装置及方法

文档序号:24740778发布日期:2021-04-20 21:28阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种痕量气体探测装置,包括:激光器模块,用于产生第一激光信号和第二激光信号;光学谐振腔,包括腔体和两块反射镜,其中,所述腔体用于装填含有痕量气体的待测气体,所述两块反射镜垂直所述腔体的轴线放置于所述腔体的两端;透镜组,位于所述激光器模块和所述光学谐振腔之间,用于将所述第一激光信号和所述第二激光信号耦合到所述光学谐振腔中;光电探测模块,用于接收所述光学谐振腔出射的光信号,并将所述光信号转换为电信号;反馈控制模块,用于响应所述电信号,调节所述第一激光信号和所述第二激光信号的频率;光谱扫描控制模块,用于产生扫描信号,并将所述扫描信号发送给所述光学谐振腔,以改变所述光学谐振腔的腔长,使所述光学谐振腔出射多个所述光信号;以及数据采集模块,用于在所述光电探测模块将多个所述光信号转换为多个所述电信号后,接收多个所述电信号,并生成所述痕量气体的分子吸收光谱。2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述激光器模块包括:第一激光器,用于发射所述第一激光信号,所述第一激光信号用于将所述痕量气体分子从基态激发到第一激发态;以及第二激光器,用于发射所述第二激光信号,所述第二激光信号用于将所述痕量气体分子从所述第一激发态激发到第二激发态。3.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一激光信号的频率和所述第一激光信号的频率不同。4.根据权利要求1所述的装置,其中,所述反射镜包括:第一端面,其中,两个所述反射镜的第一端面相对设置,两个所述反射镜的第一端面与所述腔体构成所述光学谐振腔,两个所述反射镜的第一端面镀有反射膜层,所述反射膜层用于反射所述第一激光信号和所述第二激光信号,使所述痕量气体的分子跃迁产生跃迁吸收信号;以及第二端面,其中,两个所述反射镜的第二端面镀有增透膜层,所述增透膜层用于使所述跃迁吸收信号中的所述痕量气体分子从所述第一激发态激发到所述第二激发态时的吸收信号通过所述第二端面,形成光信号。5.根据权利要求1所述的装置,其中,所述光学谐振腔还包括:驱动装置,固定在其中一块所述反射镜上,用于响应所述扫描信号,推动所述反射镜沿所述腔体的轴线方向运动,以改变所述光学谐振腔的所述腔长。6.根据权利要求1所述的装置,其中,所述反馈控制模块包括:射频信号源,用于产生射频信号,并使用所述射频信号调制所述电信号,得到射频调制信号;检相模块,用于解调所述射频调制信号为误差信号;比例积分微分放大模块,用于将所述误差信号转换为所述反馈信号,并将所述反馈信号发送给激光频率调制器;以及激光频率调制器,用于响应反馈信号调节所述第一激光信号的频率和所述第二激光信
号的频率。7.根据权利要求1所述的装置,其中,所述数据采集模块还包括:根据所述痕量气体的分子吸收光谱计算得到所述痕量气体的浓度,其中,所述痕量气体的分子吸收光谱的谱线面积与所述痕量气体的浓度线性相关。8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的痕量气体探测装置进行痕量气体探测的方法,包括:将含有痕量气体的待测气体填充入光学谐振腔中;使用激光器模块发射两个不同频率的激光信号,并通过透镜组耦合进所述光学谐振腔中;使用光电探测模块接收所述光学谐振腔出射的光信号,将所述光信号转换为电信号,并将所述电信号分别发送给反馈控制模块和数据采集模块;通过所述反馈控制模块根据所述电信号调节所述激光器模块发射的所述两个激光信号的频率;通过光谱扫描控制模块改变所述光学谐振腔的腔长,使所述光学谐振腔出射多个光信号;使用所述光电探测模块接收所述多个光信号并转换为多个电信号;以及使用所述数据采集模块采集所述多个电信号,生成所述痕量气体的分子吸收光谱。
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