(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 202210569759.6 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 聊城大学 地址 252000 山东省聊城市东昌府区柳园 街道聊城大 学 (72)发明人 王宗良　付玉龙　毕少强　张恒彪　 赵晶　 (74)专利代理 机构 济南克雷姆专利代理事务所 (普通合伙) 37279 专利代理师 张祥明 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检 测系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于光致热弹性光谱的 双组分气体检测系统及方法， 检测系统包括激光 发生装置， 激光发生装置连接气室， 气室连接传 感装置， 传感装置连接输出装置， 所述激光发生 装置包括两套DFB驱动控制器和DFB激光器， 共同 连接耦合器， 耦合器连接气室； 所述传感装置包 括反向设置的音叉一和音叉二， 音叉一和音叉二 相邻的叉臂接近但不接触； 气室输出的激光束从 音叉一和音叉二相邻的叉臂之间穿过并同时打 在音叉一和音叉二上。 气室与传感装置之间设置 准直器。 输出装置包括前置放大器， 前置放大器 连接锁相放大器， 锁相放大器连接数据采集器， 数据采集器连接计算机。 本发明结构简单合理， 可同时完成双组分气体的检测。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114813634 A 2022.07.29 CN 114813634 A 1.一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 包括激光发生装置， 所述激光发 生装置连接气室， 所述气室连接传感装置， 所述传感装置连接输出装置， 其特征在于， 所述 激光发生装置包括DFB驱动控制器一和DFB驱动控制器二， 所述DFB驱动控制器一连接DFB激 光器一， 所述DFB驱动控制器二连接DFB激光器二， 所述DFB激光器一和DFB激光器二共同连 接耦合器； 所述DFB激光器一和DFB激光器二的输出波长不同； 所述耦合器的输出端连接气室； 所述传感装置包括音叉一和音叉二， 所述音叉一和音叉二的共振频率不同， 所述音叉 一和音叉二并排放置且叉面位于同一平面内， 所述音 叉一正向放置， 所述音叉二倒置， 所述 音叉一和音叉二相邻的叉臂接 近但不接触； 所述气室输出的激光束从音叉一和音叉二相邻的叉臂之间穿过并同时打在音叉一和 音叉二上。 2.根据权利要求1所述的一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 其特征在 于： 所述气室与传感装置之间设置准 直器。 3.根据权利要求2所述的一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 其特征在 于： 所述准直器采用0.3m m大光斑准 直器。 4.根据权利要求1所述的一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 其特征在 于： 所述气室采用长光 程吸收气室。 5.根据权利要求1所述的一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 其特征在 于： 所述输出装置包括与传感装置的输出端相连的前置放大器， 所述前置放大器连接锁相 放大器， 所述锁相放大器连接数据采集器， 所述数据采集器连接计算机 。 6.一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测方法， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑5任 一项所述的一种基于光 致热弹性 光谱的双组分气体 检测系统， 包括以下步骤： S1.根据两种被测 气体X和Y的吸收峰调节激光发生装置， DFB驱动控制器一提供驱动电 流和温度控制， 并且为DFB激光器一提供驱动信号， 使DFB激光器一 发出对应气体X吸收峰波 长的激光； DFB驱动控制器二提供驱动电流和温度控制， 并且为DFB激光器二提供驱动信号， 使DFB激光器二 发出对应气体Y吸收峰波长的激光； 耦合器将DFB激光器一和DFB激光器二发 出的两种不同波长的激光 合束后射入气室； S2.待检测气体从进气口进气室， 从出气口出气室， 气室出射的激光经准直器入射到音 叉一和音叉二的叉臂上， 音叉一和音叉二吸收激光能量后发生光致热弹性效应， 各自产生 电流信号； S3.音叉一和音叉二产生的电信号进入前置放大器后， 前置放大器实现电流信号到电 压信号的转换并对其放大， 所述锁相放大器将电压信号进行解调， 所述数据采集器将解调 后的电压信号数据采集下来， 然后将数据传输到计算机， 进 行信号处理和气 体浓度的计算， 最终完成双组分气体 检测。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114813634 A 2一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统及方 法 技术领域 [0001]本发明属于气体检测技术领域， 具体涉及 一种基于光致热弹性光谱的双组分气体 检测系统及方法。 背景技术 [0002]气体检测技术在现代社会中有着广泛的应用： 空气中有害气体含量的测定， 化工、 医学领域中的特殊气体的浓度检测， 煤炭污染气体的排放浓度检测等都离不开这项技术。 但是目前气 体检测技术也存在气 体传感组分单一的问题， 实现多组分气 体传感大多仍需要 采用“多组分检测多传感器 ”的模式， 且有些场合下气体具有腐蚀性， 接触式检测可能损坏 音叉， 极大地限制了使用场景。 [0003]光致热弹性光谱技术是目前比较成熟的一项技术， 它是指材料受光照射后， 光子 能量与晶格相互作用， 振动加剧， 温度升高， 由于温度的变化而造成物质的电学特性。 光致 热弹性光谱技术能够通过功率和吸收光程提高灵敏度和检测极限， 具有检测方便， 造价成 本低等优点， 并且在高精度的场合能够得到 很好的应用。 发明内容 [0004]为克服上述技术问题， 本发明提供了一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测 系统及方法， 将 两束不同波段的激光和束后， 先穿过气室， 再同时打到两个共振频率不同的 音叉上， 实现非接触式检测， 并达 到同时检测两种组分气体的效果。 [0005]为实现上述目的， 本发明采用下述 技术方案： [0006]一种基于光致热弹性光谱的双组分气体检测系统， 包括激光发生装置， 所述激光 发生装置连接气室， 所述气室连接传感装置， 所述传感装置连接输出装置， 所述激光 发生装 置包括DFB驱动控制器一和DFB驱动控制器二， 所述DFB驱动控制器一连接DFB激光器一， 所 述DFB驱动控制器二连接DFB激光器二， 所述DFB激光器一和DFB激光器二共同连接耦合器， DFB激光器一和DFB激光器二均为窄线宽可调制的半导体连续光激光器， DFB激光器一和DFB 激光器二的区别在于其输出波长不同， 可分别对应两种被测气体的吸收峰， 实现针对性检 测； 所述耦合器的输出端连接气室； 所述传感装置包括音叉一和音 叉二， 所述音 叉一和音 叉 二的共振频率不同， 所述音叉一和音叉二并排放置且叉面位于同一平面内， 所述音叉一正 向放置， 所述音叉二倒置， 所述音叉一和音 叉二相邻的叉臂接近但 不接触； 所述气室输出的 激光束从音叉一和音 叉二相邻的叉臂之 间穿过并同时打在音 叉一和音 叉二上， 所述气室与 传感装置之间设置 0.3mm大光斑准 直器， 以保证激光能够同时打在音叉一和音叉二上。 [0007]所述DFB驱动控制器一提供驱动电流和温度 控制， 并且为DFB 激光器一提供驱动信 号； DFB驱动控制器二提供驱动电流和温度控制， 并且为DFB激光器二提供驱动信号； 耦合器 将光合束后进入气室， 所述气室出射的激光经准直器入射到共振频率不同的音叉一和音 叉 二上， 音叉一和音 叉二吸收激光能量后会发生光致热弹性效应， 各自产生电流信号； 输出装 置将电信号采集分析处 理， 得到最终检测结果。说　明　书 1/3 页 3 CN 114813634 A 3