] 2.室溫连续模式中红外量子级联激光器4为中屯、发射波长为4. 56微米的量子级 联激光器，此波长适用于水汽化2〇)、一氧化碳（C0)和笑气（N20)Ξ种气体吸收光谱的同时 测量，该激光器电流调谐率可达kHz量级。当需要对其他气体分子测量分析时，量子级联激 光器的输出波长相应地选择适用于其他气体分子吸收光谱的波长。
[0104] 3.聚焦准直Ξ维调节系统5由两个平面反射镜和一个离轴抛物面镜组成，可实现 Ξ维方向上对量子级联激光器发出的光束进行聚焦准直。离轴抛物面镜将激光光束汇聚到 第一个反射镜中，再通过第二个反射镜将光束发射输出，两个反射镜成45度安置。 阳1化]4.样品吸收池7为有效光程可调的基于两个凹面镜的肥RRIOTT型多次反射吸收 池，可依据应用环境中待测气体浓度的高低，选择有效总光程，通过气体循环累将待测气体 样品抽入到样品吸收池7。
[0106] 5.参考吸收池13为单通吸收池。 阳107] 6.样品吸收池7内的待测气体为水汽、一氧化碳和笑气的混合物；相应地，参考吸 收池13内的纯的待测气体为浓度为100%的一氧化碳或者笑气。当样品吸收池7的待测气 体改变时，参考吸收池13内的纯的待测气体也做相应改变。
[0108] 7.标准具可选用F油巧-Ρ紅ot干设计或者错标准具； 阳109] 8.第一探测器9和第二探测器14均为蹄儒隶探测器；
[0110] 9.直接吸收光谱和波长调制光谱分析原理分别如下： 阳111] (1)直接吸收光谱分析反演气体浓度过程基于朗伯-比尔定律和最小二乘法拟合 算法， 阳112]
[011引式（1)中，S(T)为溫度T(单位：Κ)时分子吸收线强S(单位：cmVmolucule)，L为 有效吸收光程，N(T，巧为溫度T和P(单位：atm)条件下总分子数密度，I(V)为样品吸收 池7透射光强，即第一探测器9输出信号；Ie(v)为样品吸收池7入射光强，通过对I(V)中 无吸收部分进行高阶多项式拟合获得。最小二乘法拟合过程中线型模型的选择取决于样品 吸收池7压力条件，模型函数有Guass函数（小于lOmbar)、Lorentz函数（大于lOOmbar) 和Voigt函数（介于lO-lOOmbar之间）。
[0114] 相比于传统方法，如中国专利公开号CN102175641A的发明专利中使用的只利用 吸收谱线中屯、位置处吸收深度反演气体浓度信息的方法，本方法受噪声干扰小，反演算法 可靠性和精确度更高。
[0115] (2)波长调制光谱分析中二次谐波探测信号l2f与样品浓度C成正比例关系：
[0116] IzfKinaCL式似
[0117]式（2)中，I。为初始光强，α为分子吸收吸收（单位：cm1)，L为有效总光程（单 位：cm)。
[0118] 传统校正方法中只利用二次谐波信号中单个峰值大小进行校正，易受各种噪声干 扰，误差大，本方法利用多元线性回归分析算法对未知浓度的样品信息进行反演，公式为： 阳119]
[0120] 式（3)中，邱为未知浓度样品的二次谐波采样信号矩阵，/?Γ"-胃为已知 浓度样品的二次谐波采样信号矩阵，X为采样通道数，ki，k2,k3为多元线性回归系数，系数ki乘W已知样品的浓度即为未知样品的浓度值：
[0121]
[0122] 式（4)中，X为不同分子种类，该算法提高了波长调制光谱技术中系统校正的可靠 性。 阳123] 如图6所示，为实施例四中第一探测器9输出的原始直接吸收信号、背景归一化后 的直接吸收光谱和Ubview数字锁相解调出的波长调制光谱二次谐波信号对比示意图。 [0124] 综上所述，本发明所述的基于两种量子级联激光光谱的多组分气体检测装置及方 法具有W下优点：
[01巧]1.W具有快速响应特性、宽调谐范围的室溫连续模式中红外量子级联激光器4作 为激发光源，利用任意波函数发生器1输出的只在任意半周期内叠加调制信号的周期性信 号作为室溫连续模式中红外量子级联激光器4的电流驱动信号，实现了同时利用直接吸收 光谱法和波长调制光谱法对多组分气体同时进行检测，利用高信噪比的直接吸收光谱反演 的气体信息，为基于Labview数字锁相的波长调制光谱分析气体信息过程提供校正，校正 后即可通过波长调制光谱更精确地反演出其他待分析样品浓度信息，两种光谱方法取长补 短，实现高灵敏和高精度气体分析； 阳126] 2.波长调制光谱法多组分气体分析时，任意波函数发生器1输出的调制信号能够 使得不同分子的调制系数分别最佳化，实现最佳化探测每个分子，从而提高系统灵敏度；通 过降低采样压力，避免了高压下压力加宽效应引起的分子自身或分子间吸收干扰效应，提 高了系统测量的可靠性；
[0127] 3.直接吸收光谱分析方法相比于传统的只利用吸收谱线中屯、位置处吸收深度反 演气体浓度信息的方法，受噪声干扰小，反演算法可靠性和精确度更高；波长调制光谱分 析方法利用多元线性回归分析算法对未知浓度的样品信息进行反演，与传统校正方法中只 利用二次谐波信号中单个峰值大小进行校正相比，不易受各种噪声干扰的影响，测量误差 小；
[0128] 4.利用参考吸收池光路获得室溫连续模式中红外量子级联激光器4的中屯、频率 漂移信息，根据中屯、频率漂移信息实时调整室溫连续模式中红外量子级联激光器4的偏置 电流，实现对激光中屯、波长的实时锁定，提高检测装置稳定性和测量精度。
[0129] 5.利用标准具光路获得室溫连续模式中红外量子级联激光器4的相对波长调谐 范围，再结合HITRAN光谱数据库中提供的分子谱线参数，实现对室溫连续模式中红外量子 级联激光器4波长调谐范围的绝对校正，从而提高测量精度；
[0130] 6.利用指示光光路提高室溫连续模式中红外量子级联激光器4输出的激光禪合 进样品吸收池7的禪合效率，禪合效率越高，有效光程越长，光干设噪声就越低，从而提高 测量灵敏度和测量精度； 阳131] 因此，相比于传统的基于多个近红外激光器分时扫描的激光时分多路探测方法， 本发明结构更紧凑，有效测量周期更高；相比于单一光谱检测方法，本发明不仅克服了直接 吸收光谱技术灵敏度不足和波长调制光谱技术需要额外标气校正的繁琐问题，而且具有探 测灵敏度高、测量精度高、光路调节简便、便于维护、响应快、系统稳定性高等优点。
[0132] 可W理解的是，W上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本 发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可W对本发明进 行修改或等同替换，W达到相同的技术效果，只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 基于两种量子级联激光光谱的多组分气体同时检测装置，其特征在于：包括任意波 函数发生器（1)、室温连续模式中红外量子级联激光器（4)、聚焦准直三维调节系统（5)、第 一反射镜（6)、样品吸收池（7)、离轴抛物面镜（8)、第一探测器（9)、数据采集单元（10)和 计算机（11)，所述室温连续模式中红外量子级联激光器（4)具有温度控制单元（2)和电流 控制单元（3); 所述任意波函数发生器（1)输出只在任意半周期内叠加调制信号的周期性信号作为 室温连续模式中红外量子级联激光器（4)的电流驱动信号，所述电流驱动信号通过电流控 制单元（3)对室温连续模式中红外量子级联激光器（4)的注入电流进行驱动； 所述室温连续模式中红外量子级联激光器（4)作为光源发出激光信号； 所述聚焦准直三维调节系统（5)对激光信号进行聚焦准直； 所述第一反射镜（6)将聚焦准直后的激光信号耦合到样品吸收池（7); 所述样品吸收池（7)充有待测气体，所述激光信号在样品吸收池（7)内被气体分子吸 收后出射到离轴抛物面镜（8); 所述离轴抛物面镜（8)将激光信号聚集到第一探测器（9); 所述第一探测器（9)将接收到的激光信号通过数据采集单元（10)转化为电信号并传 输给计算机（11); 所述计算机（11)对电信号进行分析处理得出待测气体信息。2. 根据权利要求1所述的基于两种量子级联激光光谱的多组分气体同时检测装置，其 特征在于：还包括分束器（12)、参考吸收池（13)和第二探测器（14); 所述分束器（12)设在聚焦准直三维调节系统（5)和第一反射镜（6)之间，用于将聚焦 准直三维调节系统（5)聚焦准直后的激光信号分束，一部分激光信号经分束器（12)反射进 入参考吸收池（13)，另一部分激光信号经分束器（12)透射到第一反射镜（6); 所述参考吸收池（13)为单通吸收池且充有纯的待测气体，所述进入参考吸收池（13) 的激光信号被气体分子吸收后出射