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申请/专利权人：聊城大学

摘要：本发明涉及一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，包括激光源、隔离器、波分复用器、掺铒光纤、环形器、吸收气室、气体传感器、耦合器、前置放大器、锁相放大器、数据采集系统以及计算机系统。本发明还涉及一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统的检测方法，该系统运用了光声光谱法与光热光谱法相结合的方法，通过增加气室中气体的吸收光程来增强谐波信号，然后将石英音叉检测到的光声信号和光热信号的二次谐波幅值进行叠加，最后求得气体的最小检测极限会明显增强。

主权项：1.一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统，包括激光源、隔离器、波分复用器、掺铒光纤、环形器、吸收气室、气体传感器、耦合器、前置放大器、锁相放大器、数据采集系统以及计算机系统，其特征在于：所述激光源与隔离器相连，然后隔离器与波分复用器相连，构成谐振腔；在谐振腔内波分复用器与掺铒光纤相连接，掺铒光纤与环形器相连接，环形器与吸收气室相连接，所述吸收气室与气体传感器相连接，气体传感器与耦合器相连接，然后耦合器再与波分复用器连接；所述气体传感器电信号的输出端与前置放大电路的输入端相连接，使气体传感器输出的电流信号通过前置放大电路转化为电压信号；所述前置放大电路的输出端与锁相放大器的输入端连接，所述锁相放大器用于将电压信号进行解调；所述锁相放大器的输出端与数据采集系统连接，所述数据采集系统用于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系统，进行信号处理和气体浓度的计算；所述音叉声热一体增强型痕量气体检测系统还包括信号发生器模块、压电陶瓷驱动器、光纤光栅，所述信号发生器模块与压电陶瓷驱动器连接，所述压电陶瓷驱动器与光纤光栅连接，所述光纤光栅与环形器连接；所述检测系统执行以下检测方法，其检测方法包括以下步骤：启动激光源发射激光，传输进入隔离器，由于隔离器具有单向阻隔作用，使激光单向通过并且隔离反向传输的激光，保证系统工作稳定，激光经过隔离器传输进入波分复用器，经过掺铒光纤后将泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大；激光经过波分复用器传输至掺铒光纤进行放大处理并由波长为980nm波段的激光跳变到1550nm波段，从掺铒光纤出来的激光通过环形器进入吸收气室，在吸收气室中激光被气体吸收产生的谐波信号得到增强；从吸收气室出来的二次谐波信号进入气体传感器，在气体传感器中二次谐波信号通过第一准直器并且穿过两个音叉臂之间的空隙进入第二准直器，然后通过第二准直器将二次谐波信号输出进入耦合器；耦合器按照1:9的分光比分为两个光路，其中激光占比90％的光路通过光纤传输进入波分复用器，进行光路的循环；激光占比10％的光路即：吸收气室中气体吸收产生的二次谐波通过光纤传输进入第三准直器，以照射到音叉臂上产生光热信号的形式通过石英音叉进行检测，同时光路从两个音叉臂之间空隙穿过产生光声信号的二次谐波也通过石英音叉进行检测，最终通过光声和光热信号的检测实现吸收气室和气体传感器中气体吸收产生的二次谐波一体信号；从石英音叉输出的电流信号通过前置放大电路转化为电压信号，随后被锁相放大器进行解调，然后通过数据采集系统将数据采集下来，最后传输到计算机系统，进行信号处理和气体浓度的计算。

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