基于TDLAS和电光调制器的单边带调制气体检测方法及系统与流程

本发明涉及气体浓度检测，更具体的说是涉及基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法及系统。

背景技术：

1、目前，传统的气体浓度测量方法往往面临着精度低、可靠性差、响应时间长和系统复杂无法集成化等问题。为了克服这些问题，tdlas技术被广泛应用。

2、然而，在现有的基于tdlas技术的激光气体传感器设计中，一个重要的问题是如何获得高速调制，这对于需要快速响应的应用(如在线监测和呼吸分析)是至关重要的。

3、因此，如何提供一种能够实现快速调制和响应，同时具有高精度和高可靠性的气体传感方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面本发明公开了一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，包括以下步骤：

4、将激光器发射的特定波长的激光光束输入光电调制器，所述电光调制器由射频信号进行驱动；

5、输入的激光光束通过电光调制器调制为包含一个载波频率和两个侧带频率的输出光；

6、所述输出光通过光学滤波器进行单边带调制，获取与待测气体吸收线相应的单边带激光；

7、所述单边带激光通过引导进入待测气体区域并被反射到探测器；

8、所述单边带激光的反射光信号在探测器经过电子电路的调解转换，输出电信号；

9、所述电信号经数据处理后得到待测气体的气体浓度。

10、进一步地，所述激光器包括分布反馈激光器或量子级联激光器。

11、进一步地，通过控制电流和温度保证所述激光器稳定的发射激光光束。

12、进一步地，所述电光调制器通过电场控制材料的折射率对输入的激光光束进行调制，所述电场控制材料包括铌酸锂。

13、进一步地，所述电信号经数据处理后得到待测气体的气体浓度，具体包括，利用峰值检测、积分吸收以及拟合算法来分析单边带激光通过待测气体样本后的吸收特性，并根据待测气体样本的吸收特性计算待测气体样本的浓度。

14、另一方面本发明还公开了一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，包括激光器、光电调制器、控制系统、光学组件、接收器、以及信号处理系统；

15、所述激光器用于发射特定波长的激光光束；

16、所述电光调制器用于将输入的激光光束调制为包含一个载波频率和两个侧带频率的输出光，并通过光学滤波器进行单边带调制，获取与待测气体吸收线相应的单边带激光；

17、所述控制系统用于产生射频信号，所述射频信号用于驱动所述电光调制器；

18、所述光学组件用于确保输出的单边带激光按照预定的路径通过待测气体区域中的待测气体样品；

19、所述探测器用于接收经过待测气体样品并通过反射面反射的光信号,并将光信号转换成电信号；

20、所述信号处理系统用于对探测器输出的电信号进行处理和分析，以提取气体吸收信息，并计算待测气体样品的气体浓度。

21、优选的，所述激光器包括分布反馈激光器或量子级联激光器。

22、优选的，所述控制系统还用于通过控制电流和温度保证所述激光器稳定的发射激光光束。

23、优选的，所述电光调制器通过电场控制材料的折射率对输入的激光光束进行调制，所述电场控制材料包括铌酸锂。

24、优选的，所述信号处理系统，提取气体吸收信息，并计算待测气体样品的气体浓度，具体包括，利用峰值检测、积分吸收以及拟合算法来分析单边带激光通过待测气体样本后的吸收特性，并根据待测气体样本的吸收特性计算待测气体样本的浓度。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法及系统，具有以下有益效果：

26、本发明通过单边带调制有助于更精确地执行光谱分析，同时利用电光调制器能够实现快速调制，升了系统对快速变化浓度的响应能力，对于需要快速监测和调整的工业过程尤其重要。

27、本发明结合tdlas技术和电光调制器实现的单边带调制，从而无需复杂的调制和解调设备，可以简化系统设计并减少对复杂解调算法的依赖。

技术特征：

1.一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，其特征在于，所述激光器包括分布反馈激光器或量子级联激光器。

3.根据权利要求1所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，其特征在于，通过控制电流和温度保证所述激光器稳定的发射激光光束。

4.根据权利要求1所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，其特征在于，所述电光调制器通过电场控制材料的折射率对输入的激光光束进行调制，所述电场控制材料包括铌酸锂。

5.根据权利要求1所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体检测方法，其特征在于，所述电信号经数据处理后得到待测气体的气体浓度，具体包括，利用峰值检测、积分吸收以及拟合算法来分析单边带激光通过待测气体样本后的吸收特性，并根据待测气体样本的吸收特性计算待测气体样本的浓度。

6.一种基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，其特征在于，包括激光器、光电调制器、控制系统、光学组件、接收器、以及信号处理系统；

7.根据权利要求6所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，其特征在于，所述激光器包括分布反馈激光器或量子级联激光器。

8.根据权利要求6所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，其特征在于，所述控制系统还用于通过控制电流和温度保证所述激光器稳定的发射激光光束。

9.根据权利要求6所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，其特征在于，所述电光调制器通过电场控制材料的折射率对输入的激光光束进行调制，所述电场控制材料包括铌酸锂。

10.根据权利要求6所述的基于tdlas和电光调制器的单边带调制气体传感系统，其特征在于，所述信号处理系统，提取气体吸收信息，并计算待测气体样品的气体浓度，具体包括，利用峰值检测、积分吸收以及拟合算法来分析单边带激光通过待测气体样本后的吸收特性，并根据待测气体样本的吸收特性计算待测气体样本的浓度。

技术总结
本发明公开了基于TDLAS和电光调制器的单边带调制气体检测方法及系统，属于气体浓度检测技术领域。其方法包括，将激光器发射的特定波长的激光光束输入光电调制器，电光调制器由射频信号进行驱动；输入的激光光束通过电光调制器调制为包含一个载波频率和两个侧带频率的输出光；所述输出光通过光学滤波器进行单边带调制，获取与待测气体吸收线相应的单边带激光；所述单边带激光通过引导进入待测气体区域并被反射到探测器；反射光信号在探测器经过电子电路的调解转换，输出的电信号经数据处理后得到待测气体的气体浓度。本发明能够实现快速调制和响应，同时具有高精度和高可靠性的优点。

技术研发人员：施跃春,徐洋
受保护的技术使用者：甬江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24