(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 202210114480.9 (22)申请日 2022.01.30 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七一八研 究所 地址 056027 河北省邯郸市展览 路17号 (72)发明人 杨凌　韩京　李航涛　路晓川　 赵加鹏　王祥滨　杨申昊　候春彩　 邓维　成俊娜　宁君宇　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 专利代理师 张洁 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种多组分大量程激光气体分析系统及方 法 (57)摘要 本发明涉及一种多组分大量程激光气体分 析系统及方法， 属于气体浓度测量技术领域。 该 系统包括两个以上的DFB半导体激光器、 温控器、 电流驱动器、 光束传输单元、 光学气体吸收腔、 光 电探测器、 信号处理单元和控制单元。 通过设置 多个并联的激光器， 可采用分时控制的方式触发 不同波长的激光器， 进而实现对不同气体的测 量； 通过设置电流驱动器使激光器存在直接吸收 和调制吸收两种工作状态， 直接吸收工作状态下 可进行高浓度气体的检测， 调制吸收工作状态下 可进行低浓度气体的检测， 进而实现大量程范围 的分析。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114486809 A 2022.05.13 CN 114486809 A 1.一种多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 包括两个以上的DFB半导体激光 器、 温控器、 电流驱动器、 光束传输单元、 光学气体吸收腔、 光电探测 器、 信号处理单元和控 制单元； 每个DFB半导体激光器的中心波长分别对应不同被测气体的吸收峰值波长， 两个以上 DFB半导体激光器采用并联方式连接， 光束传输单元分别与DFB半导体激光器和光学气体吸 收腔的入口光学 连接， 光学气体吸 收腔的出口与光电探测器连接； 每个DFB半导体激光器分别连接一个温控器和一个电流驱动器， 所述温控器在控制单 元的驱动下为DFB半导体激光器提供工作温度； 所述电流 驱动器驱动 DFB半导体激光器处于 直接吸收状态或调制吸 收状态； 信号处理单元， 用于对光电探测器所输出的信号进行直接吸 收处理或调制吸 收处理； 控制单元， 基于所述处 理后的信号计算被测气体的浓度。 2.如权利要求1所述的一种 多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 所述电流驱 动器与控制单元相连， 在基于处理后的信号计算气体的透射率最小值大于95％时， 控制电 流驱动器驱动DFB半导体激光器由直接吸 收状态转换成调制吸 收状态。 3.如权利要求1所述的一种多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 所述DFB半 导体激光器为 QCL量子级联激光器或ICL带间级联激光器。 4.如权利要求1所述的一种 多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 所述光束传 输结构包括准直透镜、 反射镜和光束合束镜， 每个DFB半导体激光器分别光学连接一个准直 透镜， DFB半导体激光器发出的激光光束依次经准直透镜准直、 反射镜转折和合束镜耦合后 进入光学气体吸 收腔。 5.如权利要求1所述的一种 多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 所述信号处 理单元包括模拟开关、 直接吸收电路、 调制吸收电路和ADC； 模拟开关用于对直接吸收电路 和调制吸 收电路的切换， ADC用于将信号进行转换后输出至控制单 元。 6.如权利要求1所述的一种 多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 所述控制单 元包括激光器温度设定模块、 低频扫描信号 发生模块、 高频扫描信号 发生模块、 电路切换模 块、 直接吸 收浓度计算模块、 调制吸 收浓度计算模块、 浓度输出判决模块和输出显示模块。 7.如权利要求6所述的一种 多组分大量程激光气体分析系统， 其特征在于： 激光器温度 设定模块、 低频扫描信号 发生模块、 高频扫描信号 发生模块与每个DFB半导体激光器之间分 别设有DAC和激光器驱动和温控电路。 8.一种多组分大量 程激光气体分析 方法， 其特 征在于： 所述方法步骤如下： (1)控制单元驱动温度器使DFB半导体激光器达到工作温度， 电流驱动器驱动一个DFB 半导体激光器处于直接吸收状态， 所述DFB半导体激光器发出的光信号由光束传输单元进 入光学气体 吸收腔， 光信号经吸收后由光电探测器进行光电信号转换， 直接吸收电信号输 入至信号处 理单元进行处 理后输出至控制单 元； (2)控制单元计算直接吸收浓度并判断透射率最小值是否大于95％， 如果大于95％则 进入步骤(3)， 否则直接 输出步骤(1)计算得到的浓度值； (3)控制单元控制电流驱动 器驱动所述DFB半导体激光器处于调制吸收状态， 信号处理 单元处理光电探测器输出的调制吸收电信号并输出至控制单元， 控制单元计算调制吸收浓 度并作为被测气体的浓度；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114486809 A 2(4)重复步骤(1) ‑(3)， 分时依次完成剩余激光器下被测气体浓度分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114486809 A 3