專利名稱：一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法
一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法
背景技術：
本發明涉及激光氣體分析儀領域，具體為一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法。
背景技術：
半導體(DFB)激光氣體分析儀是一種“實時”、“在線”的氣體監測裝置，常用于石化、鋼鐵、水泥、環保、工業在線監控等領域。激光氣體分析儀是一種高靈敏度的氣體分析手段，其原理是特定波長的激光通過氣體后，因受氣體特定吸收峰的吸收，產生光強的衰減。 光強的衰減可用Beer-Lambert定律準確描述
I (ν) = I0 (v)
其中I(V)J0 (ν)分別是激光通過氣體后，通過氣體前的光強，ν是激光的頻率，P，X和L
分別是氣體的壓力、濃度和光程。線強S (T)是溫度T的函數，線性函數爽ν)表示吸收譜線的形狀。由Beer-Lambert定律可知，光強的衰減和被測氣體的濃度成正比，從而可以通過測量激光通過氣體后的衰減獲得被測氣體的濃度。同時，由于DFB激光器的發射峰很窄(小于15MHz)，工作時可以選擇單根氣體吸收譜線進行測量，不受其他氣體的干擾，具有很高的測量靈敏度。半導體激光氣體分析儀常用于工業現場“在線”監測，校準比較麻煩，一般半年拆卸一次進行校準。但是，長時間“在線“不間斷的工作，會使半導體激光器老化，激光器中心波長和輸出功率強度會隨時間發生改變。對于半導體激光氣體分析儀來說，激光光強的變化對半導體激光氣體分析儀的測量結果影響不大，光強只要達到5%就能正確的測量出所要監測的氣體。但是，激光器中心波長的變化會使測量得到的吸收峰位置發生改變，從而引起后續數據處理過程的誤差。如果激光器中心波長偏移量過大，吸收峰位置遠離系統設定吸收峰監測位置，更是會使測量結果出現錯誤。激光具有很強的相干性，光路中各表面的反射光會形成干涉，干涉條紋疊加在測量信號上會改變吸收峰的形狀，從而影響吸收峰位置的判斷。另外在工業現場，儀器的振動會引起儀器各部件的相對微移，干涉條紋位置不穩定。這時，如果只是測量吸收峰的峰值位置來確定激光器中心波長就會不夠準確，可能會因為干涉條紋的干擾而發生偏差。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法，能夠對激光氣體分析儀中DFB激光器中心波長偏移進行補償，以解決現有技術中激光氣體分析儀長時間工作存在的DFB激光器中心波長偏移的問題。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為
一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法，所述激光氣體分析儀采用DFB激光器，其特征在于利用光電探測器接收所述激光氣體分析儀中DFB激光器的信號光獲得測量信號，利用激光氣體分析儀中的數據采集系統采集測量信號，再利用激光氣體分析儀中的數據處理系統對所述數據采集系統采集到的測量信號進行處理；所述數據處理系統選取測量信號中吸收主峰的峰值點、吸收主峰兩邊旁峰的峰值點、吸收主峰和旁峰之間的零點共五個點作為特征點，并求取五個特征點偏移量的平均值，所述平均值即為DFB激光器中心波長的偏移量，所述數據處理系統對計算得到的DFB激光器中心波長的偏移量再次處理后得到相應的DFB激光器的溫度控制電流值，并將所述DFB激光器的溫度控制電流值輸送至激光氣體分析儀中DFB激光器溫度控制模塊；所述DFB激光器溫度控制模塊根據所述 DFB激光器的溫度控制電流值輸出相應大小的電流，進而改變的DFB激光器溫度，以補償 DFB激光器中心波長的偏移。待測氣體的壓力、溫度的改變會改變吸收峰的寬度。為了補償因待測氣體壓力、溫度的改變而引起的吸收峰寬度的改變，本發明根據測量信號計算得到吸收主峰及旁峰，并將其變化量補償到五個特征點，補償吸收峰寬度變化對系統激光器中心波長測量帶來的影響。本發明采用測量多特征點同時監測，對各特征點出現的偏差求平均的方式來測定 DFB激光器中心波長的偏移量。本發明中，五個特征點的監控可以得到激光器中心波長的偏移量，偏移量通過數據處理后得到DFB激光器的溫度控制電流，通過改變DFB激光器的溫度，實現激光器中心波長漂移的補償。
圖1為激光氣體分析儀的整體結構。圖2為吸收峰的二次諧波信號及五個特征點基準線的獲得曲線圖。圖3為DFB激光器中心波長出現漂移時的偏差量曲線示意圖。圖4為DFB激光器中心波長漂移補償的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示。激光氣體分析儀主要包括激光發射模塊、信號采集模塊和中央控制及數字處理模塊組成。半導體激光氣體分析儀的發射模塊和接收模塊都通過法蘭固定的方式，固定于工業監測現場，所以拆卸、校準比較困難。一般半年左右才會拆卸、校準一次。但是DFB激光器的中心波長會隨著連續工作時間的增加而漂移，如果不采用DFB激光器中心波長漂移補償技術，吸收峰的位置會隨時間而改變，對后期信號處理帶來困難，嚴重時，輸出結果會出錯ο如圖2所示。從圖2中可以看到，激光氣體分析儀通過鎖相放大器采集到的二次諧波信號具有以下特征主極小吸收峰兩邊各有一個極大的吸收旁峰，主峰和旁峰之間的測量信號會通過零點。本發明根據采集信號的特點，選擇了這五個較容易準確測量的極大、極小、零點的特征點，作為監測激光器中心波長漂移量的基準線，通過監測信號波形與基準線之差來獲得Dra激光器中心波長的漂移量。五條基準線在信號數據中的位置分別為如圖3所示。從圖3中可以看到，采集信號的五個特征點和基準線之間出現偏差。偏移量A - ！ 5如圖中所示，總的偏移量為五條基準線偏移量的平均值Δ =。通過
多個基準線的同時監測，可以減小因干涉條紋等噪聲影響某個特征點的測量，而給最終測
量結果帶來較大誤差。如圖4所示。采集到的二次諧波信號經數據處理模塊處理后得到DFB激光器中心波長的漂移量Δ ,經DFB激光器溫度控制模塊的計算，可得到與中心波長偏移量“值相關的DFB激光器溫度控制電流i，改變DFB激光器的工作溫度，從而實現DFB激光器屮心波長的補償。為了補償待測氣體吸收峰寬度隨壓力、溫度的改變。激光氣體分析儀在工作時同時測量待測氣體溫度、壓強等參數(待測氣體的溫度和壓力涉及到最終氣體濃度結果的補償，是半導體激光氣體分析儀必須監測的兩個參量)，帶入理論計算公式可以得到待測氣體吸收峰寬度的計算值，每條基準線的位置根據待測氣體吸收峰寬度的變化進行修正，就可以補償由于氣體吸收峰寬度的變化對本辦法帶來的影響。
權利要求
1. 一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法，所述激光氣體分析儀采用DFB激光器，其特征在于利用光電探測器接收所述激光氣體分析儀中DFB激光器的信號光獲得測量信號，利用激光氣體分析儀中的數據采集系統采集測量信號，再利用激光氣體分析儀中的數據處理系統對所述數據采集系統采集到的測量信號進行處理；所述數據處理系統選取測量信號中吸收主峰的峰值點、吸收主峰兩邊旁峰的峰值點、吸收主峰和旁峰之間的零點共五個點作為特征點，并求取五個特征點偏移量的平均值，所述平均值即為DFB激光器中心波長的偏移量，所述數據處理系統對計算得到的DFB激光器中心波長的偏移量再次處理后得到相應的DFB激光器的溫度控制電流值，并將所述DFB激光器的溫度控制電流值輸送至激光氣體分析儀中DFB激光器溫度控制模塊；所述DFB激光器溫度控制模塊根據所述 DFB激光器的溫度控制電流值輸出相應大小的電流，進而改變的DFB激光器溫度，以補償 DFB激光器中心波長的偏移。
全文摘要
本發明公開了一種用于激光氣體分析儀的波長漂移補償方法，主要用于分布反饋式激光器(DFB)中心波長漂移的補償。本發明利用檢測待測信號的吸收峰位置，并反饋吸收峰偏移量到激光器溫度控制模塊，以補償激光器中心波長的漂移。為了減小光學干涉條紋等噪聲對激光器中心波長偏移量監控的偏差，本發明采用多特征點測量的方式，更精準的測量激光器中心波長的偏移，使系統整體更加可信。
文檔編號G01N21/01GK102252982SQ201110109540
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者閻杰 申請人:安徽皖儀科技股份有限公司