痕量气体及其同位素实时在线检测装置
专利汇可以提供痕量气体及其同位素实时在线检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：包括光路测量部分、气路部分、控制及 信号 处理部分，其中光路测量部分包括 激光器 、分束器、第一 准直 光纤头、第二准直光纤头、光气体吸收池、第一光电探测器、第二光电探测器；气路部分包括进气气路和出气气路；控制及 信号处理 部分包括上位机、 锁 相 放大器 、 差分放大器 、前置放大器、激光 波长 锁定模 块 、信号发生器、 电流 控制器 、 温度 控制器。本发明可实现对痕量气体及其同位素的实时在线检测，能够实现激光器稳定输出，并减少外部环境对激光器的干扰。，下面是痕量气体及其同位素实时在线检测装置专利的具体信息内容。
1.痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：包括光路测量部分、气路部分、控制及信号处理部分，其中：
光路测量部分包括激光器、分束器、第一准直光纤头、第二准直光纤头、光气体吸收池、第一光电探测器、第二光电探测器，所述激光器的出光端通过光纤光学连接分束器的进光端，第一准直光纤头、第二准直光纤头分别通过光纤光学连接分束器不同的出光端，所述第一光电探测器设于第一准直光纤头的出射光路，所述气体吸收池的进光口设于第二准直光纤头的出射光路，所述第二光电探测器设于气体吸收池的出光口；
气路部分包括进气气路和出气气路，进气气路一端接入待测气体样本、另一端接入所述气体吸收池的进气口，出气光路接入气体吸收池的出气口；
控制及信号处理部分包括上位机、锁相放大器、差分放大器、前置放大器、激光波长锁定模块、信号发生器、电流控制器、温度控制器，其中信号发生器输出分别与电流控制器、锁相放大器的输入电连接，电流控制器、温度控制器的输出分别与所述激光器电连接；所述第一光电探测器、第二光电探测器分别与前置放大器的输入电连接，前置放大器的输出与差分放大器的输入电连接，差分放大器的输出与锁相放大器的输入电连接，锁相放大器的输出与上位机的输入电连接，上位机的输出与激光波长锁定模块的输入电连接，激光波长锁定模块的输出与电流控制器的输入电连接；
气路部分中，待测气体样本由进气气路进入气体吸收池，控制及信号处理部分中的信号发生器向电流控制器加载预设的调制频率信息，电流控制器基于调制频率信息向激光器输出对应频率的驱动电流，以驱动激光器工作产生对应波长的出射光；
激光器的出射光经分束器分为两路光束，其中一路光束作为基准光，另一路光束作为测量光，基准光经第一准直光纤头准直后再入射至第一光电探测器，测量光经第二准直光纤头准直后进入气体吸收池，在充入有待测气体样本的气体吸收池内被多次反射后最终出射至第二光电探测器；
第一光电探测器、第二光电探测器将接收的光信号分别转换为电信号后送入前置放大器，经前置放大器放大后送入差分放大器，经差分放大器消除由于激光器抖动产生的噪声后送入锁相放大器，锁相放大器根据基准光对应的电信号和测量光对应的电信号，解调出包含待测气体吸收信息的谐波信号，谐波信号由锁相放大器送入上位机；
上位机将谐波信号转换为数据后进行数据分析，以计算出待测气体信息数据和反馈误差信息数据；同时上位机将反馈误差信息数据转换为反馈误差信号后送入激光波长锁定模块，激光波长锁定模块将反馈误差信号转换后电压后加载至电流控制器，电流控制器将电压转换为电流后叠加至电流控制器输出至激光器的驱动电流，实现对激光器输出光波长的反馈控制。
2.根据权利要求1所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：光路测量部分中，激光器自带电控温度调节装置，电流控制器的输出与激光器的电流输入端连接，温度控制器的输出与激光器自带的电控温度调节装置连接。
3.根据权利要求1所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：光路测量部分中，分束器的分束比例为1:99，其中1%的光束作为基准光进入第一准直光纤头，99%的光束作为测量光进入第二准直光纤头。
4.根据权利要求1所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：光路测量部分中，根据待测气体的波段选型对应波段的激光器，再根据激光器的选型确定第一光电探测器、第二光电探测器选型。
5.根据权利要求1所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：气路部分中，进气气路包括进样口快接头、干燥管、前阀门、特氟龙过滤器、热电制冷片、U型管，进样口快接头一端接入待测气体样本，进样口快接头另一端通过管路与干燥管一端连通，干燥管另一端通过管路与前阀门一端连通，前阀门另一端通过管路与特氟龙过滤器的进口连通，特氟龙过滤器的出口通过管路与U型管一端连通，U型管另一端通过管路与气体吸收池的进气口连通，所述热电制冷片夹持接触U型管形成热交换；
出气气路包括后阀门、真空泵、出样口快接头，后阀门一端通过管路与气体吸收池的出气口连通，后阀门另一端通过管路与真空泵的进口连通，真空泵的出口通过管路与出样口快接头一端连通。
6.根据权利要求5所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：所述进气气路中热电制冷片处设有温度传感器，所述出气气路中后阀门与气体吸收池之间管路安装有压力传感器，所述上位机的输出分别与进气气路中的前阀门、热电制冷片，以及出气气路中的后阀门、真空泵电连接，上位机的输入分别与进气气路中的温度传感器、出气气路中的压力传感器电连接；
上位机接收压力传感器的信号，并基于压力传感器的信号控制前阀门、后阀门的开关以及真空泵的工作，以实现气体吸收池的进气和出气；
上位机接收温度传感器的信号，并基于温度传感器的信号控制热电制冷片工作，使进入气体吸收池的待测气体达到设定温度。
7.根据权利要求1所述的痕量气体及其同位素实时在线检测装置，其特征在于：控制及信号处理部分中，上位机还与外部其他处理设备通讯连接。
痕量气体及其同位素实时在线检测装置
技术领域
背景技术
发明内容
光路测量部分包括激光器、分束器、第一准直光纤头、第二准直光纤头、光气体吸收池、第一光电探测器、第二光电探测器，所述激光器的出光端通过光纤光学连接分束器的进光端，第一准直光纤头、第二准直光纤头分别通过光纤光学连接分束器不同的出光端，所述第一光电探测器设于第一准直光纤头的出射光路，所述气体吸收池的进光口设于第二准直光纤头的出射光路，所述第二光电探测器设于气体吸收池的出光口；
气路部分包括进气气路和出气气路，进气气路一端接入待测气体样本、另一端接入所述气体吸收池的进气口，出气光路接入气体吸收池的出气口；
控制及信号处理部分包括上位机、锁相放大器、差分放大器、前置放大器、激光波长锁定模块、信号发生器、电流控制器、温度控制器，其中信号发生器输出分别与电流控制器、锁相放大器的输入电连接，电流控制器、温度控制器的输出分别与所述激光器电连接；所述第一光电探测器、第二光电探测器分别与前置放大器的输入电连接，前置放大器的输出与差分放大器的输入电连接，差分放大器的输出与锁相放大器的输入电连接，锁相放大器的输出与上位机的输入电连接，上位机的输出与激光波长锁定模块的输入电连接，激光波长锁定模块的输出与电流控制器的输入电连接；
气路部分中，待测气体样本由进气气路进入气体吸收池，控制及信号处理部分中的信号发生器向电流控制器加载预设的调制频率信息，电流控制器基于调制频率信息向激光器输出对应频率的驱动电流，以驱动激光器工作产生对应波长的出射光；
激光器的出射光经分束器分为两路光束，其中一路光束作为基准光，另一路光束作为测量光，基准光经第一准直光纤头准直后再入射至第一光电探测器，测量光经第二准直光纤头准直后进入气体吸收池，在充入有待测气体样本的气体吸收池内被多次反射后最终出射至第二光电探测器；
第一光电探测器、第二光电探测器将接收的光信号分别转换为电信号后送入前置放大器，经前置放大器放大后送入差分放大器，经差分放大器消除由于激光器抖动产生的噪声后送入锁相放大器，锁相放大器根据基准光对应的电信号和测量光对应的电信号，解调出包含待测气体吸收信息的谐波信号，谐波信号由锁相放大器送入上位机；
上位机将谐波信号转换为数据后进行数据分析，以计算出待测气体信息数据和反馈误差信息数据；同时上位机将反馈误差信息数据转换为反馈误差信号后送入激光波长锁定模块，激光波长锁定模块将反馈误差信号转换后电压后加载至电流控制器，电流控制器将电压转换为电流后叠加至电流控制器输出至激光器的驱动电流，实现对激光器输出光波长的反馈控制。
上位机接收温度传感器的信号，并基于温度传感器的信号控制热电制冷片工作，使进入气体吸收池的待测气体达到设定温度。
附图说明
具体实施方式
气路部分包括进气气路和出气气路，进气气路一端接入待测气体样本、另一端接入气体吸收池5的进气口，出气光路接入气体吸收池5的出气口；
控制及信号处理部分包括上位机14、锁相放大器9、差分放大器8、前置放大器7、激光波长锁定模块10、信号发生器13、电流控制器12、温度控制器11，其中信号发生器13输出分别与电流控制器12、锁相放大器9的输入电连接，电流控制器12、温度控制器11的输出分别与激光器1电连接；第一光电探测器6a、第二光电探测器6b分别与前置放大器7的输入电连接，前置放大器7的输出与差分放大器8的输入电连接，差分放大器8的输出与锁相放大器9的输入电连接，锁相放大器9的输出与上位机14的输入电连接，上位机14的输出与激光波长锁定模块10的输入电连接，激光波长锁定模块10的输出与电流控制器12的输入电连接；
气路部分中，待测气体样本由进气气路进入气体吸收池5，控制及信号处理部分中的信号发生器13向电流控制器12加载预设的调制频率信息，电流控制器12基于调制频率信息向激光器1输出对应频率的驱动电流，以驱动激光器1工作产生对应波长的出射光；
激光器1的出射光经分束器3分为两路光束，其中一路光束作为基准光，另一路光束作为测量光，基准光经第一准直光纤头4a准直后再入射至第一光电探测器6a，测量光经第二准直光纤头4b准直后进入气体吸收池5，在充入有待测气体样本的气体吸收池5内被多次反射后最终出射至第二光电探测器6b；
第一光电探测器6a、第二光电探测器6b将接收的光信号分别转换为电信号后送入前置放大器7，经前置放大器7放大后送入差分放大器8，经差分放大器8消除由于激光器抖动产生的噪声后送入锁相放大器9，锁相放大器9根据基准光对应的电信号和测量光对应的电信号，解调出包含待测气体吸收信息的谐波信号，谐波信号由锁相放大器9送入上位机14；
上位机14将谐波信号转换为数据后进行数据分析，以计算出待测气体信息数据和反馈误差信息数据；同时上位机14将反馈误差信息数据转换为反馈误差信号后送入激光波长锁定模块10，激光波长锁定模块10将反馈误差信号转换后电压后加载至电流控制器12，电流控制器12将电压转换为电流后叠加至电流控制器12输出至激光器1的驱动电流，实现对激光器1输出光波长的反馈控制。
18另一端通过管路与特氟龙过滤器19的进口连通，特氟龙过滤器19的出口通过管路与U型管21一端连通，U型管21另一端通过管路与气体吸收池5的进气口连通，热电制冷片20夹持接触U型管21形成热交换；
出气气路包括后阀门23、真空泵24、出样口快接头25，后阀门23一端通过管路与气体吸收池5的出气口连通，后阀门23另一端通过管路与真空泵24的进口连通，真空泵24的出口通过管路与出样口快接头25一端连通。
上位机14接收压力传感器22的信号，并基于压力传感器22的信号控制前阀门18、后阀门23的开关以及真空泵24的工作，以实现气体吸收池5的进气和出气；
上位机14接收温度传感器的信号，并基于温度传感器的信号控制热电制冷片20工作，使进入气体吸收池5的待测气体达到设定温度。
20中间的U型管21后被加热或冷却到设定的温度后（如图2所示），迅速充满吸收池5（如图3所示）及剩余气路通道。通过预埋在管路中的压力传感器22测得气路中的实时压力，等到压力满足测量标准后，上位机14同时关闭前阀门18和后阀门23。此时装置进入测量模式。
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