(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221017159 9.X (22)申请日 2022.02.24 (71)申请人 山东省科学院激光研究所 地址 272071 山 东省济宁市高新区海川路 46号山东省科学院激光研究所综合楼 (72)发明人 张秦端　魏玉宾　杜晓萌　宫卫华　 张婷婷　王兆伟　李艳芳　王纪强　 张伟　 (74)专利代理 机构 北京弘权知识产权代理有限 公司 11363 专利代理师 逯长明　许伟群 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/31(2006.01) G01N 21/39(2006.01)G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种气体 检测系统和方法 (57)摘要 本申请提供了一种气体检测系统和方法， 能 够同时避免信号接收模块与气体分子和激光直 接接触， 既能保护信号接收模块不被腐蚀性气体 破坏， 又能降低系统的热噪声， 从而保证气体检 测的精度， 进而提高系统的信噪比。 该系统包括 温控电流源、 激光器、 气体吸收池、 热线式光纤和 信号接收及解调模块； 所述 温控电流源连接所述 激光器， 所述激光器的输出端光纤连接所述气体 吸收池的输入端， 所述气体吸收池的输出端光纤 连接所述热线式光纤， 所述热线式光纤靠近所述 信号接收及解调模块， 其中， 所述热线式光纤能 够将光能转化为热能， 所述信号接收及解调模块 能够利用所述热线式光纤转换的热能检测所述 气体吸收池中的待测气体的浓度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114563355 A 2022.05.31 CN 114563355 A 1.一种气体检测系统， 其特征在于， 包括温控电流源、 激光器、 气体吸收池、 热线式光纤 和信号接收及解调模块； 所述温控电流源连接所述激光器， 所述激光器的输出端光纤连接所述气体吸收池的输 入端， 所述气体 吸收池的输出端光纤连接所述热线式光纤， 所述热线式光纤靠近所述信号 接收及解调模块， 其中， 所述热线式光纤能够将光能转化为热能， 所述信号接收及解调模块 能够利用所述热线式光纤转换的热能检测所述气体吸 收池中的待测气体的浓度。 2.根据权利要求1所述的气体检测系统， 其特征在于， 所述信号接收及解调模块包括信 号接收模块和信号解调模块， 所述信号接 收模块包括石英音叉， 所述信号解调模块包括前 置放大器、 锁相放大器和示波器； 所述热线式光纤放置于所述石英音叉周围， 所述石英音叉的输出端连接所述前置放大 器的输入端， 所述前置放大器的输出端连接所述锁相放大器的输入端， 所述锁相放大器的 输出端连接所述 示波器。 3.根据权利要求2所述的气体检测系统， 其特征在于， 所述热线式光纤放置于所述石英 音叉周围包括： 所述热线式光纤放置于所述石英音叉的两臂之间或所述石英音叉的正面或所述石英 音叉的侧面。 4.根据权利要求1所述的气体检测系统， 其特征在于， 所述信号接收及解调模块包括信 号接收模块和信号解调模块， 所述信号接 收模块包括光纤光栅， 所述信号解调模块包括宽 带光源、 光纤环形器和光谱分析仪； 所述热线式光纤固定在所述光纤光栅上， 所述宽带光源光纤连接所述光纤环形器的输 入端， 所述光纤环形器的中间端连接所述光纤光栅， 所述光纤环形器的输出端光纤连接所 述光谱分析仪 。 5.根据权利要求4所述的气体检测系统， 其特征在于， 所述热线式光纤固定在所述光纤 光栅上包括： 所述热线式光纤与所述 光纤光栅平行粘贴在一 起。 6.根据权利要求1所述的气体检测系统， 其特征在于， 所述热线式光纤为高损耗掺钴光 纤， 并且被去掉涂覆层。 7.一种气体检测方法， 其特征在于， 利用所述权利要求1 ‑6中任一项所述的气体检测系 统， 所述方法包括： 步骤S1： 连接所述气体检测系统， 打开所述气体检测系统中各个部分的电源， 向所述气 体吸收池中注入待测气体； 步骤S2： 使所述温控电流源产生驱动信号， 所述驱动信号用于驱动所述激光器， 所述激 光器输出光的波长与所述待测气 体的吸收峰对应， 所述气 体吸收池将被其中的气体分子吸 收后的光输入所述热线式光纤， 所述热线式光纤将所述气 体吸收池中气 体分子吸收后的光 的光能转换为热能， 所述信号接收及解调模块利用所述热线式光纤转换的热能检测所述气 体吸收池中的待测气体的浓度。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 利用权利要求2所述的气体检测系统， 所述 驱动信号为低频锯齿波叠加所述石英音叉共振频率一半的高频正弦波， 所述信号接收及解 调模块利用所述热线式光纤转换的热能检测所述气体吸 收池中的待测气体的浓度包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114563355 A 2所述热线式光纤转换的热能引起周围环境温度周期性变化， 进而使压强产生周期性变 化， 产生声波， 从而引起所述石英音叉振动， 所述石英音叉产生压电电流信号， 所述前置放 大器将压电电流信号转换为电压信号， 所述锁相放大器对电压信号进行解调， 从而在示波 器上反演出待测气体的浓度。 9.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 利用权利要求4所述的气体检测系统， 所述 驱动信号为直流信号， 所述信号接收及解调模块利用所述热线式光纤转换的热能检测所述 气体吸收池中的待测气体的浓度包括： 记录所述气体吸 收池无气体时， 所述 光谱分析仪上显示的第一波长； 向所述气体吸收池通入待测气体， 激光器输出的光经所述待测气体吸收后， 相比所述 气体吸收池无气 体时， 输入 所述热线式光纤的光的光 强衰减， 所述热线式光纤温度降低， 引 起所述光纤光栅的波长产生漂移， 所述 光谱分析仪上显示第二波长； 根据所述第一波长和所述第二波长的差值， 反演出 所述待测气体的浓度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114563355 A 3