1.本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

2.光腔衰蕩光譜法（crds）是一種新型的氣體檢測(cè)方法。它從原理上不需要標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定，是一種高靈敏度，可測(cè)量痕量樣品或者微弱轉(zhuǎn)換的大量樣品的一種激光吸收光譜法。目前，crds已有應(yīng)用在鏡面反射率測(cè)量、痕量氣體成分檢測(cè)、氣溶膠消光系數(shù)測(cè)量等方面。光腔衰蕩吸收光譜的氣體檢測(cè)方法具有以下缺點(diǎn)或不足：1）、光腔衰蕩吸收光譜中諧振腔非常重要，制作難度較高光腔衰蕩吸收光譜，一般采用兩個(gè)高反射率的反射鏡構(gòu)建一個(gè)諧振腔池。激光脈沖被引入由兩個(gè)高反射鏡包圍的諧振腔中。反射的激光在諧振腔中振蕩，每次反射都會(huì)損耗少量的光。放置在第二面鏡子后的探測(cè)器測(cè)量反射光的減弱強(qiáng)度。諧振腔中被測(cè)氣體無(wú)法吸收時(shí)信號(hào)衰減較慢；諧振腔中有氣體吸收時(shí)，信號(hào)衰減較快。通過(guò)計(jì)算信號(hào)衰減的曲線(xiàn)，計(jì)算諧振腔中被測(cè)氣體的濃度。

3.crds檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是光學(xué)諧振腔，諧振腔的關(guān)鍵是其中的兩個(gè)高反射鏡片，反射鏡片反射率越高，衰蕩時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備靈敏度相應(yīng)就越高。一般要求鏡片的反射率>99.9%。而受制造工藝及材料的限制，現(xiàn)階段反射率超高的鏡片制作難度大、成本高，因而crds光譜檢測(cè)方法一直未被廣泛推廣。

4.2）、現(xiàn)有光腔衰蕩光譜吸收法，光源長(zhǎng)期存在漂移，無(wú)法保證測(cè)量精度crds光譜吸收法依賴(lài)氣體對(duì)激光的吸收，一般情況下使用半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器。半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器，其輸出激光中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度及注入電流變化，一般情況下，溫度每變化1℃，中心波長(zhǎng)偏移0.1nm，注入電流每變化1ma,中心波長(zhǎng)變化0.01nm。激光器受制造工藝及器件本身特性影響，在使用過(guò)程中其中心波長(zhǎng)會(huì)緩慢長(zhǎng)期的發(fā)生變化，如無(wú)有效手段對(duì)其吸收波長(zhǎng)進(jìn)行修正，會(huì)因?yàn)榧す馄髦行牟ㄩL(zhǎng)的漂移造成測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量。

5.目前還有采用中空光纖技術(shù)的光譜檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法具有以下缺點(diǎn)或不足：1）、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)目前有文獻(xiàn)結(jié)合中空光纖進(jìn)行氣體組分光譜分析，利用中空光纖既能導(dǎo)通激光又能導(dǎo)通氣體的特點(diǎn)，對(duì)氣體組分進(jìn)行檢測(cè)，但由于中空光纖芯徑非常小，只有100nm左右，利用這么小的芯徑導(dǎo)通氣體，進(jìn)行氣體置換效率非常低下，使得整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法發(fā)揮光學(xué)光譜檢測(cè)高效快速的優(yōu)點(diǎn)。

6.2）、中空光纖技術(shù)結(jié)合中空光纖設(shè)計(jì)諧振腔，靈敏度較差有文獻(xiàn)采用分束器結(jié)合中空光纖實(shí)現(xiàn)光腔衰蕩，但并未設(shè)計(jì)合理調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整諧振腔腔長(zhǎng)（即光的通路長(zhǎng)度）。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)整諧振腔腔長(zhǎng)，使得激光達(dá)到諧振狀態(tài)，繼而提高整個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種穩(wěn)定可靠、靈敏度高、快速反應(yīng)的光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。

8.為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括激光器、諧振腔紅外探測(cè)器、第一光纖分束器、第二光纖分束器、中空光纖、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室，激光器的發(fā)射端與第一光纖分束器的入射端連接，第一光纖分束器的出射端通過(guò)第一入射光纖與第二光纖分束器的入射端連接，第二光纖分束器的出射端通過(guò)第一出射光纖與進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室連接，中空光纖兩端分別連接在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室上，出氣端轉(zhuǎn)換氣室通過(guò)第二入射光纖與第二光纖分束器的入射端連接，第二光纖分束器的出射端通過(guò)第二出射光纖與諧振腔紅外探測(cè)器連接。

9.還包括主控制單元和光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置，光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置為圓柱狀的卷筒，卷筒內(nèi)部設(shè)有溫度電阻和電加熱棒，中空光纖纏繞在卷筒外圓上，溫度電阻、電加熱棒、激光器和諧振腔紅外探測(cè)器分別通過(guò)控制線(xiàn)路與主控制單元連接。

10.還包括參考?xì)怏w吸收池，參考?xì)怏w吸收池兩端分別設(shè)有參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器和參考?xì)馐覝?zhǔn)直器，參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器通過(guò)參考數(shù)據(jù)線(xiàn)與主控制單元連接，參考?xì)馐覝?zhǔn)直器通過(guò)參考光纖與第一光纖分束器的出射端連接。

11.進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室的結(jié)構(gòu)相同且左右對(duì)稱(chēng)布置，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室位于出氣端轉(zhuǎn)換氣室的左側(cè)，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室包括傳感器接口件，傳感器接口件上端通過(guò)準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)接件設(shè)有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器，傳感器接口件下端部設(shè)有與中空光纖連接的接口，傳感器接口件左側(cè)設(shè)有第一連接口，傳感器接口件右側(cè)設(shè)有第二連接口，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室左側(cè)的第一連接口為進(jìn)氣口，出氣端轉(zhuǎn)換氣室右側(cè)的第二連接口為出氣口。

12.左側(cè)的進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室的第一連接口與右側(cè)的出氣端轉(zhuǎn)換氣室的第一連接口通過(guò)導(dǎo)通氣管連接，導(dǎo)通氣管上設(shè)有氣路電磁閥。

13.一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟：（1）通入被測(cè)氣體對(duì)進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)的氣體進(jìn)行置換；（2）確定激光器中心波長(zhǎng)；（3）啟動(dòng)激光器、通入被測(cè)氣體對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置確定最佳諧振溫度；（4）被測(cè)氣體濃度的確定。

14.步驟（1）的具體過(guò)程為：打開(kāi)氣路電磁閥，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室、導(dǎo)通氣管、氣路電磁閥、出氣端轉(zhuǎn)換氣室，最后從出氣口排空；在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)氣體充分置換后，氣路電磁閥關(guān)閉，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室、中空光纖、出氣端轉(zhuǎn)換氣室，通過(guò)出氣口最終排空。

15.激光器采用半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器，激光器輸出激光中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度及注入電流變化，一般情況下，溫度每變化1℃，中心波長(zhǎng)偏移0.1nm，注入電流每變化1ma，中心波長(zhǎng)變化0.01nm；激光器受制造工藝及器件本身特性影響，在使用過(guò)程中激光器中心波長(zhǎng)會(huì)緩慢長(zhǎng)期的發(fā)生變化，如無(wú)有效手段對(duì)其吸收波長(zhǎng)進(jìn)行修正，會(huì)因?yàn)榧す馄髦行牟ㄩL(zhǎng)的漂移造成測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量；步驟（2）的具體過(guò)程為：第一光纖分束器分出部分光能量，通過(guò)參考光纖和參考?xì)?br />
室準(zhǔn)直器導(dǎo)入?yún)⒖細(xì)怏w吸收池，經(jīng)過(guò)被測(cè)氣體吸收后，通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入主控制單元后被處理；主控制單元獲得的參考?xì)馐业墓怆娞綔y(cè)器的電信號(hào)，結(jié)合可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜（tdals）技術(shù)，利用被測(cè)氣體中某一種組分氣體的吸收峰與被測(cè)氣體的吸收峰相對(duì)恒定的原理，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤并修正激光器波長(zhǎng)的變化使得激光器中心波長(zhǎng)一直處于氣體吸收峰的特定位置。

16.步驟（3）的具體過(guò)程為：主控制單元控制激光器發(fā)出一定波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一光纖分束器后其中95%以上光能量傳送給第二光纖分束器；第二光纖分束器分光比例為99:1，其發(fā)出兩束光，第一出射光包含99%的光能量，第二出射光包含1%的光能量，第一出射光進(jìn)入進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后進(jìn)入中空光纖，在通過(guò)圓形繞向的中空光纖后通過(guò)進(jìn)入到出氣端轉(zhuǎn)換氣室，被出氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直后耦合到第二入射光纖中，第二入射光與第一入射光一起再次進(jìn)入第二光纖分束器2，并且再一次進(jìn)入中空光纖中；在被測(cè)氣體通入過(guò)程中主控制單元控制激光器一直發(fā)光，并通過(guò)電加熱棒與溫度電阻調(diào)整卷筒的溫度，卷筒外圓受熱膨脹或受冷縮小，進(jìn)而調(diào)整中空光纖的長(zhǎng)度，其中諧振中空光纖中光程與輔助光纖、結(jié)構(gòu)件中光路長(zhǎng)度達(dá)到激光波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，入射光與出射光達(dá)到諧振狀態(tài)，此時(shí)諧振腔紅外探測(cè)器處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)。

17.主控制單元調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置的溫度，從低到高依次掃描，記錄下諧振腔紅外探測(cè)器處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)時(shí)確定此溫度為最佳諧振溫度。

18.步驟（4）的具體過(guò)程為：待紅外探測(cè)器處的光電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)后關(guān)掉激光器，并記錄諧振腔紅外探測(cè)器處的光電信號(hào)直至信號(hào)歸零；通過(guò)記錄此過(guò)程的衰蕩曲線(xiàn)，將其通過(guò)算法擬合后反衍被測(cè)氣體濃度。

19.采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有tdlas技術(shù)、光腔衰蕩技術(shù)、利用中空光纖設(shè)計(jì)了一種新型的光腔衰蕩氣體檢測(cè)方法。具有穩(wěn)定可靠（利用tdlas原理及參考?xì)馐倚拚す馄鞑ㄩL(zhǎng)）、高靈敏度（微調(diào)中空光纖長(zhǎng)度使其達(dá)到共振態(tài)，使得衰蕩曲線(xiàn)更長(zhǎng)）、快速反應(yīng)（設(shè)計(jì)旁路氣路加快管路氣體置換時(shí)間）的特點(diǎn)。

20.更穩(wěn)定可靠的原因：本發(fā)明在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)參考?xì)馐遗月罚瑓⒖細(xì)怏w吸收池中充滿(mǎn)適量的被測(cè)氣體，結(jié)合可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜（tdals）技術(shù),可實(shí)時(shí)跟蹤并修正激光器波長(zhǎng)的變化，使得激光器中心波長(zhǎng)一直處于氣體吸收峰的特定位置。這樣可解決長(zhǎng)期使用情況下激光器中心波長(zhǎng)的漂移，使得測(cè)量結(jié)果更穩(wěn)定可靠。

21.高靈敏度的原因：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置，通過(guò)加熱纏繞中空光纖的卷筒機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用熱脹冷縮原理，通過(guò)電加熱棒控制饒子的溫度，溫度電阻監(jiān)測(cè)溫度值，中空光纖溫度隨卷筒的溫度變化，卷筒溫度變化產(chǎn)生的形變量會(huì)對(duì)纏繞在其上的光纖產(chǎn)生拉伸左右，繼而對(duì)中空光纖長(zhǎng)度進(jìn)行微調(diào)。微調(diào)中空光纖長(zhǎng)度使其達(dá)到共振態(tài)，共振態(tài)光強(qiáng)達(dá)到最強(qiáng)，使得衰蕩曲線(xiàn)更長(zhǎng)，繼而使得設(shè)備達(dá)到更好的靈敏度。

22.快速反應(yīng)的原因：受限于中空光纖芯徑，利用中空光纖進(jìn)行氣體檢測(cè)的光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其氣體置換速度都較慢，本發(fā)明設(shè)計(jì)了氣路旁路吹掃結(jié)構(gòu)（導(dǎo)通氣管），可加快氣體的置換速度，因?yàn)橹锌展饫w的孔徑非常細(xì)，在光程較長(zhǎng)的情況下其氣阻較大，如無(wú)導(dǎo)通氣管及氣路電磁閥在初期對(duì)氣體進(jìn)行旁路吹掃，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室中的氣室死角及轉(zhuǎn)換氣室前管路中的氣體都只能通過(guò)中空光纖排除，置換時(shí)間較長(zhǎng)。使用導(dǎo)通氣管后可加快前期對(duì)無(wú)用氣

體置換速度，提升系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。開(kāi)始測(cè)量后，只需要將中空光纖中氣體置換完即可進(jìn)行被測(cè)氣體的測(cè)量，這極大加快了系統(tǒng)的測(cè)量速度。

23.綜上所述，本發(fā)明穩(wěn)定可靠、靈敏度高、反應(yīng)時(shí)間快，可應(yīng)用于低痕量氣體組分的檢測(cè)，結(jié)合測(cè)量和控制激光波長(zhǎng)，樣品壓力和溫度，應(yīng)用本發(fā)明的儀器設(shè)備可達(dá)到ppbv至pptv的靈敏度測(cè)量?？蓮V泛應(yīng)用于電力、化工、食品安全等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

24.圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置的橫斷面示意圖；圖3是圖1中進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

25.如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括激光器1、諧振腔紅外探測(cè)器2、第一光纖分束器3、第二光纖分束器4、中空光纖5、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6和出氣端轉(zhuǎn)換氣室7，激光器1的發(fā)射端與第一光纖分束器3的入射端連接，第一光纖分束器3的出射端通過(guò)第一入射光纖8與第二光纖分束器4的入射端連接，第二光纖分束器4的出射端通過(guò)第一出射光纖9與進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6連接，中空光纖5兩端分別連接在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6和出氣端轉(zhuǎn)換氣室7上，出氣端轉(zhuǎn)換氣室7通過(guò)第二入射光纖10與第二光纖分束器4的入射端連接，第二光纖分束器4的出射端通過(guò)第二出射光纖11與諧振腔紅外探測(cè)器2連接。

26.還包括主控制單元12和光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置13，光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置13為圓柱狀的卷筒14，卷筒14內(nèi)部設(shè)有溫度電阻15和電加熱棒16，中空光纖5纏繞在卷筒14外圓上，溫度電阻15、電加熱棒16、激光器1和諧振腔紅外探測(cè)器2分別通過(guò)控制線(xiàn)路與主控制單元12連接。

27.還包括參考?xì)怏w吸收池17，參考?xì)怏w吸收池17兩端分別設(shè)有參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器18和參考?xì)馐覝?zhǔn)直器19，參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器18通過(guò)參考數(shù)據(jù)線(xiàn)與主控制單元12連接，參考?xì)馐覝?zhǔn)直器19通過(guò)參考光纖與第一光纖分束器3的出射端連接。

28.進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6和出氣端轉(zhuǎn)換氣室7的結(jié)構(gòu)相同且左右對(duì)稱(chēng)布置，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6位于出氣端轉(zhuǎn)換氣室7的左側(cè)，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6包括傳感器接口件20，傳感器接口件20上端通過(guò)準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)接件21設(shè)有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器22，傳感器接口件20下端部設(shè)有與中空光纖5連接的接口，傳感器接口件20左側(cè)設(shè)有第一連接口23，傳感器接口件20右側(cè)設(shè)有第二連接口24，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6左側(cè)的第一連接口23為進(jìn)氣口，出氣端轉(zhuǎn)換氣室7右側(cè)的第二連接口為出氣口。

29.左側(cè)的進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6的第一連接口23與右側(cè)的出氣端轉(zhuǎn)換氣室7的第一連接口23通過(guò)導(dǎo)通氣管25連接，導(dǎo)通氣管25上設(shè)有氣路電磁閥26。

30.一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟：（1）通入被測(cè)氣體對(duì)進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6和出氣端轉(zhuǎn)換氣室7內(nèi)的氣體進(jìn)行置換；（2）確定激光器1中心波長(zhǎng)；（3）啟動(dòng)激光器1、通入被測(cè)氣體對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置13確定最佳諧振溫度；（4）被測(cè)氣體濃度的確定。

31.步驟（1）的具體過(guò)程為：打開(kāi)氣路電磁閥26，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6、導(dǎo)通氣管25、氣路電磁閥26、出氣端轉(zhuǎn)換氣室7，最后從出氣口排空；在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6內(nèi)氣體充分置換后，氣路電磁閥26關(guān)閉，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6、中空光纖5、出氣端轉(zhuǎn)換氣室7，通過(guò)出氣口最終排空。

32.激光器1采用半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器1，激光器1輸出激光中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度及注入電流變化，一般情況下，溫度每變化1℃，中心波長(zhǎng)偏移0.1nm，注入電流每變化1ma，中心波長(zhǎng)變化0.01nm；激光器1受制造工藝及器件本身特性影響，在使用過(guò)程中激光器1中心波長(zhǎng)會(huì)緩慢長(zhǎng)期的發(fā)生變化，如無(wú)有效手段對(duì)其吸收波長(zhǎng)進(jìn)行修正，會(huì)因?yàn)榧す馄?中心波長(zhǎng)的漂移造成測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量；步驟（2）的具體過(guò)程為：第一光纖分束器3分出部分光能量，通過(guò)參考光纖和參考?xì)馐覝?zhǔn)直器19導(dǎo)入?yún)⒖細(xì)怏w吸收池17，經(jīng)過(guò)被測(cè)氣體吸收后，通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入主控制單元12后被處理；主控制單元12獲得的參考?xì)馐业墓怆娞綔y(cè)器的電信號(hào)，結(jié)合可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器1吸收光譜（tdals）技術(shù)，利用被測(cè)氣體中某一種組分氣體的吸收峰與被測(cè)氣體的吸收峰相對(duì)恒定的原理，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤并修正激光器1波長(zhǎng)的變化，使得激光器1中心波長(zhǎng)一直處于被測(cè)氣體吸收峰的特定位置。

33.步驟（3）的具體過(guò)程為：主控制單元12控制激光器1發(fā)出一定波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一光纖分束器3后其中95%以上光能量傳送給第二光纖分束器4；第二光纖分束器4分光比例為99:1，其發(fā)出兩束光，第一出射光包含99%的光能量，第二出射光包含1%的光能量，第一出射光進(jìn)入進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室6經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器22準(zhǔn)直后進(jìn)入中空光纖5，在通過(guò)圓形繞向的中空光纖5后通過(guò)進(jìn)入到出氣端轉(zhuǎn)換氣室7，被出氣端轉(zhuǎn)換氣室7內(nèi)的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器22的準(zhǔn)直后耦合到第二入射光纖10中，第二入射光與第一入射光一起再次進(jìn)入第二光纖分束器42，并且再一次進(jìn)入中空光纖5中；在被測(cè)氣體通入過(guò)程中主控制單元12控制激光器1一直發(fā)光，并通過(guò)電加熱棒16與溫度電阻15調(diào)整卷筒14的溫度，卷筒14外圓受熱膨脹或受冷縮小，進(jìn)而調(diào)整中空光纖5的長(zhǎng)度，其中諧振中空光纖5中光程與輔助光纖、結(jié)構(gòu)件中光路長(zhǎng)度達(dá)到激光波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，入射光與出射光達(dá)到諧振狀態(tài)，此時(shí)諧振腔紅外探測(cè)器2處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)。

34.主控制單元12調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置13的溫度，從低到高依次掃描，記錄下諧振腔紅外探測(cè)器2處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)時(shí)確定此溫度為最佳諧振溫度。

35.步驟（4）的具體過(guò)程為：待紅外探測(cè)器2處的光電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)后關(guān)掉激光器1，并記錄諧振腔紅外探測(cè)器2處的光電信號(hào)直至信號(hào)歸零；通過(guò)記錄此過(guò)程的衰蕩曲線(xiàn)，將其通過(guò)算法擬合后反衍被測(cè)氣體濃度。

36.本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括激光器、諧振腔紅外探測(cè)器、第一光纖分束器、第二光纖分束器、中空光纖、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室，激光器的發(fā)射端與第一光纖分束器的入射端連接，第一光纖分束器的出射端通過(guò)第一入射光纖與第二光纖分束器的入射端連接，第二光纖分束器的出射端通過(guò)第一出射光纖與進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室連接，中空光纖兩端分別連接在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室上，出氣端轉(zhuǎn)換氣室通過(guò)第二入射光纖與第二光纖分束器的入射端連接，第二光纖分束器的出射端通過(guò)第二出射光纖與諧振腔紅外探測(cè)器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：還包括主控制單元和光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置，光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置為圓柱狀的卷筒，卷筒內(nèi)部設(shè)有溫度電阻和電加熱棒，中空光纖纏繞在卷筒外圓上，溫度電阻、電加熱棒、激光器和諧振腔紅外探測(cè)器分別通過(guò)控制線(xiàn)路與主控制單元連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，其特征在于：還包括參考?xì)怏w吸收池，參考?xì)怏w吸收池兩端分別設(shè)有參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器和參考?xì)馐覝?zhǔn)直器，參考?xì)馐夜怆娞綔y(cè)器通過(guò)參考數(shù)據(jù)線(xiàn)與主控制單元連接，參考?xì)馐覝?zhǔn)直器通過(guò)參考光纖與第一光纖分束器的出射端連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室的結(jié)構(gòu)相同且左右對(duì)稱(chēng)布置，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室位于出氣端轉(zhuǎn)換氣室的左側(cè)，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室包括傳感器接口件，傳感器接口件上端通過(guò)準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)接件設(shè)有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器，傳感器接口件下端部設(shè)有與中空光纖連接的接口，傳感器接口件左側(cè)設(shè)有第一連接口，傳感器接口件右側(cè)設(shè)有第二連接口，進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室左側(cè)的第一連接口為進(jìn)氣口，出氣端轉(zhuǎn)換氣室右側(cè)的第二連接口為出氣口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)其特征在于：左側(cè)的進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室的第一連接口與右側(cè)的出氣端轉(zhuǎn)換氣室的第一連接口通過(guò)導(dǎo)通氣管連接，導(dǎo)通氣管上設(shè)有氣路電磁閥。6.采用如權(quán)利要求5所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）通入被測(cè)氣體對(duì)進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)的氣體進(jìn)行置換；（2）確定激光器中心波長(zhǎng)；（3）啟動(dòng)激光器、通入被測(cè)氣體對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置確定最佳諧振溫度；（4）被測(cè)氣體濃度的確定。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟（1）的具體過(guò)程為：打開(kāi)氣路電磁閥，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室、導(dǎo)通氣管、氣路電磁閥、出氣端轉(zhuǎn)換氣室，最后從出氣口排空；在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)氣體充分置換后，氣路電磁閥關(guān)閉，被測(cè)氣體依次通過(guò)進(jìn)氣口、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室、中空光纖、出氣端轉(zhuǎn)換氣室，通過(guò)出氣口最終排空。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于：激光器采用半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器，激光器輸出激光中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度及注入電流變化，一般情況下，溫度每變化1℃，中心波長(zhǎng)偏移0.1nm，注入電流每變化1ma，中心波長(zhǎng)變化0.01nm；

激光器受制造工藝及器件本身特性影響，在使用過(guò)程中激光器中心波長(zhǎng)會(huì)緩慢長(zhǎng)期的發(fā)生變化，如無(wú)有效手段對(duì)其吸收波長(zhǎng)進(jìn)行修正，會(huì)因?yàn)榧す馄髦行牟ㄩL(zhǎng)的漂移造成測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量；步驟（2）的具體過(guò)程為：第一光纖分束器分出部分光能量，通過(guò)參考光纖和參考?xì)馐覝?zhǔn)直器導(dǎo)入?yún)⒖細(xì)怏w吸收池，經(jīng)過(guò)被測(cè)氣體吸收后，通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入主控制單元后被處理；主控制單元獲得的參考?xì)馐业墓怆娞綔y(cè)器的電信號(hào)，結(jié)合可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜（tdals）技術(shù)，利用被測(cè)氣體中某一種組分氣體的吸收峰與被測(cè)氣體的吸收峰相對(duì)恒定的原理，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤并修正激光器波長(zhǎng)的變化使得激光器中心波長(zhǎng)一直處于氣體吸收峰的特定位置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟（3）的具體過(guò)程為：主控制單元控制激光器發(fā)出一定波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一光纖分束器后其中95%以上光能量傳送給第二光纖分束器；第二光纖分束器分光比例為99:1，其發(fā)出兩束光，第一出射光包含99%的光能量，第二出射光包含1%的光能量，第一出射光進(jìn)入進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后進(jìn)入中空光纖，在通過(guò)圓形繞向的中空光纖后通過(guò)進(jìn)入到出氣端轉(zhuǎn)換氣室，被出氣端轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直后耦合到第二入射光纖中，第二入射光與第一入射光一起再次進(jìn)入第二光纖分束器2，并且再一次進(jìn)入中空光纖中；在被測(cè)氣體通入過(guò)程中主控制單元控制激光器一直發(fā)光，并通過(guò)電加熱棒與溫度電阻調(diào)整卷筒的溫度，卷筒外圓受熱膨脹或受冷縮小，進(jìn)而調(diào)整中空光纖的長(zhǎng)度，其中諧振中空光纖中光程與輔助光纖、結(jié)構(gòu)件中光路長(zhǎng)度達(dá)到激光波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，入射光與出射光達(dá)到諧振狀態(tài)，此時(shí)諧振腔紅外探測(cè)器處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)；主控制單元調(diào)整光纖長(zhǎng)度微調(diào)裝置的溫度，從低到高依次掃描，記錄下諧振腔紅外探測(cè)器處接收到的光電信號(hào)最強(qiáng)時(shí)確定此溫度為最佳諧振溫度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟（4）的具體過(guò)程為：待紅外探測(cè)器處的光電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)后關(guān)掉激光器，并記錄諧振腔紅外探測(cè)器處的光電信號(hào)直至信號(hào)歸零；通過(guò)記錄此過(guò)程的衰蕩曲線(xiàn)，將其通過(guò)算法擬合后反衍被測(cè)氣體濃度。

技術(shù)總結(jié)

一種光學(xué)諧振腔氣體檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，包括激光器、諧振腔紅外探測(cè)器、第一光纖分束器、第二光纖分束器、中空光纖、進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室，激光器發(fā)射端與第一光纖分束器入射端連接，第一光纖分束器出射端與第二光纖分束器入射端連接，第二光纖分束器出射端與進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室連接，中空光纖兩端分別連接在進(jìn)氣端轉(zhuǎn)換氣室和出氣端轉(zhuǎn)換氣室上，出氣端轉(zhuǎn)換氣室與第二光纖分束器入射端連接，第二光纖分束器的出射端與諧振腔紅外探測(cè)器連接。本發(fā)明穩(wěn)定可靠、靈敏度高、反應(yīng)時(shí)間快，可應(yīng)用于低痕量氣體組分的檢測(cè)，結(jié)合測(cè)量和控制激光波長(zhǎng)，樣品壓力和溫度，應(yīng)用本發(fā)明的儀器設(shè)備可達(dá)到ppbv至pptv的靈敏度測(cè)量?？蛇_(dá)到ppbv至pptv的靈敏度測(cè)量?？蛇_(dá)到ppbv至pptv的靈敏度測(cè)量。

技術(shù)研發(fā)人員：姚強(qiáng) 張施令 李新田 赫樹(shù)開(kāi) 錢(qián)進(jìn) 劉曉波 顏相連 何潔

受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南省日立信股份有限公司 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司 中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.06.28

技術(shù)公布日：2021/10/26