专利名称：一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法
一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法
背景技术：
本发明涉及激光气体分析仪领域，具体为一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法。
背景技术：
半导体(DFB)激光气体分析仪是一种“实时”、“在线”的气体监测装置，常用于石化、钢铁、水泥、环保、工业在线监控等领域。激光气体分析仪是一种高灵敏度的气体分析手段，其原理是特定波长的激光通过气体后，因受气体特定吸收峰的吸收，产生光强的衰减。 光强的衰减可用Beer-Lambert定律准确描述
I (ν) = I0 (v)
其中I(V)J0 (ν)分别是激光通过气体后，通过气体前的光强，ν是激光的频率，P，X和L
分别是气体的压力、浓度和光程。线强S (T)是温度T的函数，线性函数爽ν)表示吸收谱线的形状。由Beer-Lambert定律可知，光强的衰减和被测气体的浓度成正比，从而可以通过测量激光通过气体后的衰减获得被测气体的浓度。同时，由于DFB激光器的发射峰很窄(小于15MHz)，工作时可以选择单根气体吸收谱线进行测量，不受其他气体的干扰，具有很高的测量灵敏度。半导体激光气体分析仪常用于工业现场“在线”监测，校准比较麻烦，一般半年拆卸一次进行校准。但是，长时间“在线“不间断的工作，会使半导体激光器老化，激光器中心波长和输出功率强度会随时间发生改变。对于半导体激光气体分析仪来说，激光光强的变化对半导体激光气体分析仪的测量结果影响不大，光强只要达到5%就能正确的测量出所要监测的气体。但是，激光器中心波长的变化会使测量得到的吸收峰位置发生改变，从而引起后续数据处理过程的误差。如果激光器中心波长偏移量过大，吸收峰位置远离系统设定吸收峰监测位置，更是会使测量结果出现错误。激光具有很强的相干性，光路中各表面的反射光会形成干涉，干涉条纹叠加在测量信号上会改变吸收峰的形状，从而影响吸收峰位置的判断。另外在工业现场，仪器的振动会引起仪器各部件的相对微移，干涉条纹位置不稳定。这时，如果只是测量吸收峰的峰值位置来确定激光器中心波长就会不够准确，可能会因为干涉条纹的干扰而发生偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法，能够对激光气体分析仪中DFB激光器中心波长偏移进行补偿，以解决现有技术中激光气体分析仪长时间工作存在的DFB激光器中心波长偏移的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法，所述激光气体分析仪采用DFB激光器，其特征在于利用光电探测器接收所述激光气体分析仪中DFB激光器的信号光获得测量信号，利用激光气体分析仪中的数据采集系统采集测量信号，再利用激光气体分析仪中的数据处理系统对所述数据采集系统采集到的测量信号进行处理；所述数据处理系统选取测量信号中吸收主峰的峰值点、吸收主峰两边旁峰的峰值点、吸收主峰和旁峰之间的零点共五个点作为特征点，并求取五个特征点偏移量的平均值，所述平均值即为DFB激光器中心波长的偏移量，所述数据处理系统对计算得到的DFB激光器中心波长的偏移量再次处理后得到相应的DFB激光器的温度控制电流值，并将所述DFB激光器的温度控制电流值输送至激光气体分析仪中DFB激光器温度控制模块；所述DFB激光器温度控制模块根据所述 DFB激光器的温度控制电流值输出相应大小的电流，进而改变的DFB激光器温度，以补偿 DFB激光器中心波长的偏移。待测气体的压力、温度的改变会改变吸收峰的宽度。为了补偿因待测气体压力、温度的改变而引起的吸收峰宽度的改变，本发明根据测量信号计算得到吸收主峰及旁峰，并将其变化量补偿到五个特征点，补偿吸收峰宽度变化对系统激光器中心波长测量带来的影响。本发明采用测量多特征点同时监测，对各特征点出现的偏差求平均的方式来测定 DFB激光器中心波长的偏移量。本发明中，五个特征点的监控可以得到激光器中心波长的偏移量，偏移量通过数据处理后得到DFB激光器的温度控制电流，通过改变DFB激光器的温度，实现激光器中心波长漂移的补偿。
图1为激光气体分析仪的整体结构。图2为吸收峰的二次谐波信号及五个特征点基准线的获得曲线图。图3为DFB激光器中心波长出现漂移时的偏差量曲线示意图。图4为DFB激光器中心波长漂移补偿的流程图。
具体实施例方式如图1所示。激光气体分析仪主要包括激光发射模块、信号采集模块和中央控制及数字处理模块组成。半导体激光气体分析仪的发射模块和接收模块都通过法兰固定的方式，固定于工业监测现场，所以拆卸、校准比较困难。一般半年左右才会拆卸、校准一次。但是DFB激光器的中心波长会随着连续工作时间的增加而漂移，如果不采用DFB激光器中心波长漂移补偿技术，吸收峰的位置会随时间而改变，对后期信号处理带来困难，严重时，输出结果会出错ο如图2所示。从图2中可以看到，激光气体分析仪通过锁相放大器采集到的二次谐波信号具有以下特征主极小吸收峰两边各有一个极大的吸收旁峰，主峰和旁峰之间的测量信号会通过零点。本发明根据采集信号的特点，选择了这五个较容易准确测量的极大、极小、零点的特征点，作为监测激光器中心波长漂移量的基准线，通过监测信号波形与基准线之差来获得Dra激光器中心波长的漂移量。五条基准线在信号数据中的位置分别为如图3所示。从图3中可以看到，采集信号的五个特征点和基准线之间出现偏差。偏移量A - ！ 5如图中所示，总的偏移量为五条基准线偏移量的平均值Δ =。通过
多个基准线的同时监测，可以减小因干涉条纹等噪声影响某个特征点的测量，而给最终测
量结果带来较大误差。如图4所示。采集到的二次谐波信号经数据处理模块处理后得到DFB激光器中心波长的漂移量Δ ,经DFB激光器温度控制模块的计算，可得到与中心波长偏移量“值相关的DFB激光器温度控制电流i，改变DFB激光器的工作温度，从而实现DFB激光器屮心波长的补偿。为了补偿待测气体吸收峰宽度随压力、温度的改变。激光气体分析仪在工作时同时测量待测气体温度、压强等参数(待测气体的温度和压力涉及到最终气体浓度结果的补偿，是半导体激光气体分析仪必须监测的两个参量)，带入理论计算公式可以得到待测气体吸收峰宽度的计算值，每条基准线的位置根据待测气体吸收峰宽度的变化进行修正，就可以补偿由于气体吸收峰宽度的变化对本办法带来的影响。
权利要求
1. 一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法，所述激光气体分析仪采用DFB激光器，其特征在于利用光电探测器接收所述激光气体分析仪中DFB激光器的信号光获得测量信号，利用激光气体分析仪中的数据采集系统采集测量信号，再利用激光气体分析仪中的数据处理系统对所述数据采集系统采集到的测量信号进行处理；所述数据处理系统选取测量信号中吸收主峰的峰值点、吸收主峰两边旁峰的峰值点、吸收主峰和旁峰之间的零点共五个点作为特征点，并求取五个特征点偏移量的平均值，所述平均值即为DFB激光器中心波长的偏移量，所述数据处理系统对计算得到的DFB激光器中心波长的偏移量再次处理后得到相应的DFB激光器的温度控制电流值，并将所述DFB激光器的温度控制电流值输送至激光气体分析仪中DFB激光器温度控制模块；所述DFB激光器温度控制模块根据所述 DFB激光器的温度控制电流值输出相应大小的电流，进而改变的DFB激光器温度，以补偿 DFB激光器中心波长的偏移。
全文摘要
本发明公开了一种用于激光气体分析仪的波长漂移补偿方法，主要用于分布反馈式激光器(DFB)中心波长漂移的补偿。本发明利用检测待测信号的吸收峰位置，并反馈吸收峰偏移量到激光器温度控制模块，以补偿激光器中心波长的漂移。为了减小光学干涉条纹等噪声对激光器中心波长偏移量监控的偏差，本发明采用多特征点测量的方式，更精准的测量激光器中心波长的偏移，使系统整体更加可信。
文档编号G01N21/01GK102252982SQ201110109540
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者阎杰 申请人:安徽皖仪科技股份有限公司