(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 202211064882.9 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 中国南方电网有限责任公司超高压 输电公司检修试验中心 地址 510700 广东省广州市黄埔区科 学大 道223号 申请人 南方电网科 学研究院有限责任公司 (72)发明人 廖建平　王邸博　刘志峰　黄之明　 徐永烨　罗颜　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 吴玲 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/3504(2014.01)G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种F-P腔的光声光谱气体 检测装置 (57)摘要 本发明涉及气体检测技术领域， 公开了一种 F‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其通过叠加函 数发生器和锁相放大器分别发出的波形电压信 号， 形成新的电压波形信号为泵浦激光器提供驱 动电流， 通过泵浦激光器发出泵浦激光至法布 里‑珀罗腔中， 通过探测激光器发出探测激光经 过光纤环行器至法布里 ‑珀罗腔中， 产生声信号， 法布里‑珀罗腔将声信号进行干涉处理， 通过光 电探测器将 干涉信号转换为电信号， 通过锁相放 大器将电信号进行解调成用于表征气体浓度的 光声信号， 还通过比例积分微分控制器根据电信 号反馈调制探测激光器的输入电压信号， 以调谐 探测激光器的波长， 从而使 得锁相放大器探测的 光声信号误差最小， 提高光声光谱气体检测的灵 敏度。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115266600 A 2022.11.01 CN 115266600 A 1.一种F‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 包括： 函数发生器、 锁相放大器、 加法器、 激光驱动器、 泵浦激光器、 法布里 ‑珀罗腔、 光纤环行器、 探测激光器、 光电探测器和 比例积分微分控制器； 所述函数发生器与所述加法器连接， 用于向所述加法器发出锯齿 波形电压信号； 所述锁相放大器的一端与所述加法器连接， 用于向所述加法器发出正弦波电压信号； 所述加法器与 所述激光驱动器连接， 用于对所述锯齿波形电压信号和所述正弦波电压 信号进行叠加成新的电压波形信号输出至所述激光驱动器； 所述激光驱动器与 所述泵浦激光器连接， 用于根据 所述新的电压波形信号为所述泵浦 激光器提供驱动电流； 所述泵浦激光器用于发出泵浦激光至所述法布里 ‑珀罗腔中， 经过与所述法布里 ‑珀罗 腔中的待测气体发生 光声效应， 产生声信号； 所述光纤环行器分别与所述探测激光器、 所述法布里 ‑珀罗腔和所述光电探测器连接， 所述探测激光器用于发出探测激光经 过所述光纤环行器至所述法布里 ‑珀罗腔中； 所述法布里 ‑珀罗腔将所述声信号进行干涉处理， 输出干涉信号经过所述光纤环行器 至所述光电探测器； 所述光电探测器分别与所述锁相放大器和所述比例积分微分控制器连 接， 用于将所述干涉信号转换为电信号分别发送至所述锁相放大器和所述比例积分微分控 制器； 所述锁相放大器还用于将所述电信号进行解调成用于表征气体浓度的光声信号； 所述比例 积分微分控制器与 所述探测激光器连接， 用于根据所述电信号反馈调制所述 探测激光器的输入电压信号， 以调谐所述探测激光器的波长 。 2.根据权利要求1所述的F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 所述泵浦激光 器采用中红外泵浦激光器。 3.根据权利要求1所述的F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 所述探测激光 器采用中心波长为15 50nm、 输出功率 为10mW的分布式反馈二极管激光器。 4.根据权利要求1所述的F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 所述法布里 ‑珀 罗腔包括第一法布里 ‑珀罗镜面、 第二法布里 ‑珀罗镜面和抗共 振光纤气室； 所述抗共振光纤气室两侧壁均设有套管， 所述套管内设有抗共振空心光纤， 所述抗共 振空心光纤与所述抗共振光纤气室相连通， 所述抗共振光纤气室的底部设有进气口和出气 口， 所述第一法布里 ‑珀罗镜面和所述第二法布里 ‑珀罗镜面分别设于所述抗共振光纤气室 的两侧， 且所述第一法布里 ‑珀罗镜面和所述第二法布里 ‑珀罗镜面平行设置 。 5.根据权利要求4所述的F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 所述抗共振空 心光纤由外至内依次设有光纤包层、 空心毛细管层和空心芯， 其中， 所述空心毛细管层 包括 若干个空心毛细管， 若干个所述空心毛细管设于所述空心芯内且沿所述空心芯的内壁进 行 排列， 所述 光纤包层为硼硅酸盐玻璃材 料制成， 所述空心毛细管采用硅料制成。 6.根据权利要求1所述的F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 其特征在于， 所述泵浦激光 器与所述法布里 ‑珀罗腔之间的光路上设有棱镜 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115266600 A 2一种F‑P腔的光声光谱气体检测装 置 技术领域 [0001]本发明涉及气体 检测技术领域， 尤其涉及一种F ‑P腔的光声光谱气体 检测装置 。 背景技术 [0002]近二十年来， 光声光谱气体检测技术取得了巨大的进步， 具有灵敏度高、 响应快、 动态范围宽等优点。 在光声光谱中， 被测气体样品由光源激发， 若激光光源采用泵浦光源， 这将引起气 体分子局部加热(沿着泵浦 光束)， 如果泵浦 光束用正弦波或方波调制或脉冲调 制， 则会产生周期性 温度梯度的声波， 常用法布里 ‑珀罗干涉仪(FPI)， 来检测光声信号并研 究气体检测的精度。 在检测过程中， 气 体样品的浓度与光声效应产生的声波振幅成比例。 但 是， 现有技 术中， 光声光谱气体 检测的灵敏度不够高， 导 致最终气体 检测结果 不够准确。 发明内容 [0003]本发明提供了一种F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 解决了光声光谱气体检测的 灵敏度低的技 术问题。 [0004]有鉴于此， 本发明第一方面提供了一种F ‑P腔的光声光谱气体检测装置， 包括： 函 数发生器、 锁相放大器、 加法器、 激光驱动器、 泵浦激光器、 法布里 ‑珀罗腔、 光纤环行器、 探 测激光器、 光电探测器和比例积分微分控制器； [0005]所述函数发生器与所述加法器连接， 用于向所述加法器发出锯齿 波形电压信号； [0006]所述锁相放大器的一端与所述加法器连接， 用于向所述加法器发出正弦波电压信 号； [0007]所述加法器与所述激光驱动器连接， 用于对所述锯齿波形电压信号和所述正弦波 电压信号进行叠加成新的电压波形信号输出至所述激光驱动器； [0008]所述激光驱动器与所述泵浦激光器连接， 用于根据所述新的电压波形信号为所述 泵浦激光器提供驱动电流； [0009]所述泵浦激光器用于 发出泵浦激光至所述法布里 ‑珀罗腔中， 经过与所述法布里 ‑ 珀罗腔中的待测气体发生 光声效应， 产生声信号； [0010]所述光纤环行器分别与所述探测激光器、 所述法布里 ‑珀罗腔和所述光电探测器 连接， 所述探测激光器用于发出探测激光经 过所述光纤环行器至所述法布里 ‑珀罗腔中； [0011]所述法布里 ‑珀罗腔将所述声信号进行干涉处理， 输出干涉信号经过所述光纤环 行器至所述光电探测器； 所述光电探测器分别与所述锁相放大器和所述比例积分微分控制 器连接， 用于将所述干涉信号转换为电信号分别发送至所述锁相放大器和所述比例积分微 分控制器； [0012]所述锁相放大器还用于将所述电信号进行解调成用于表征气体浓度的光声信号； [0013]所述比例积分微分控制器与所述探测激光器连接， 用于根据所述电信号反馈调制 所述探测激光器的输入电压信号， 以调谐所述探测激光器的波长 。 [0014]优选地， 所述泵浦激光器采用中红外泵浦激光器。说　明　书 1/4 页 3 CN 115266600 A 3