(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210535335.8 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 国网江苏省电力有限公司超高压分 公司 地址 211100 江苏省南京市江宁区南京市 江宁开发区苏源大道5 6号 (72)发明人 卞超　张正东　李东风　谭婷月　 陈轩　朱胜　程骏　甘强　孙超　 陶加贵　陈少波　赵科　胡成博　 (74)专利代理 机构 北京智绘未来专利代理事务 所(普通合伙) 11689 专利代理师 郑直 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/17(2006.01)G01N 21/39(2006.01) (54)发明名称 一种基于光栅调谐光源的气体检测装置及 方法 (57)摘要 一种基于光栅调谐光源的气体检测装置及 方法， 装置包括： 可调谐激光器， 光声池， 可调谐 激光器用于提供多种波 段且功率稳定的激光， 光 声池包括进光透镜， 出光透镜， 进气口， 出气口， 激光通过进光透镜和出光透镜进入光声池内部， 光声池通过进气口和出气口更换光声池中的气 体， 光声池作为待测气体的载体， 光声信号在此 产生； 还包括光栅和光谱仪， 可调谐激光器， 光 栅， 光谱仪和光声池在同一水平位置； 其中， 光栅 设置在可调谐激光器和光声池之间， 用于分散可 调谐激光器提供的多种波 段的激光， 通过改变光 栅的角度， 得到不同波长的激光。 此发明结构简 单且准确性高， 利用光栅对激光光源的波长进行 调谐并通过光谱仪， 确保调谐波长的准确性。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114965274 A 2022.08.30 CN 114965274 A 1.一种基于光栅调谐光源 的气体检测装置， 包括： 可调谐激光器(1)， 光声池(4)， 可调 谐激光器(1)用于提供多种波 段且功率稳定的激光， 光声池(4)包括进光透镜(3)， 出光透镜 (5)， 进气口(7)， 出气口(9)， 激光通过进光透镜(3)和出光透镜(5)进出光声池(4)， 光声池 (4)内部充 待测气体， 待测气体通过进气口(7)和出气口(9)进出光声池(4)； 其特 征在于： 所述气体检测装置还包括光栅(2)和光谱仪(6)； 可调谐激光器(1)， 光栅(2)和光声池 (4)布置在同一水平位置； 其中， 光栅(2)设置在可调谐激光器(1)和光声池(4)之间， 用于分散可调谐激光器(1) 提供的多种波段的激光， 通过改变光 栅(2)的角度得到不同波长的激光； 光谱仪(6)设置在光栅(2)和光声池(4)之间， 用于检测通过光栅(2)分散之后的激光的 波长。 2.根据权利要求1所述的基于光 栅调谐光源的气体 检测装置， 其特 征在于： 所述气体检测装置还包括麦克风(8)和音频放大器(10)， 麦克风(8)的一端与光声池 (4)连接， 麦克风(8)的另一端与音频放大器(10)连接， 麦克风(8)用于收集光声池(4)内部 的光声信号， 音频放大器(10)用于放大光声信号。 3.根据权利要求2所述的基于光 栅调谐光源的气体 检测装置， 其特 征在于： 所述气体检测装置还包括数字示波器(11)， 数字示波器(11)与音频放大器(10)连接， 数字示波器(1 1)用于测量电信号并显示。 4.根据权利要求3所述的基于光 栅调谐光源的气体 检测装置， 其特 征在于： 所述气体检测装置还包括上位机(12 )， 上位机(12 )与数字示波器(11)连接， 上位机 (12)用于记录光声信号。 5.根据权利要求1所述的基于光 栅调谐光源的气体 检测装置， 其特 征在于： 所述气体检测装置还包括微音器， 微音器安装在光声池中间部位， 用于测量产生的声 信号。 6.根据权利要求1所述的基于光 栅调谐光源的气体 检测装置， 其特 征在于： 进光透镜(3)的半径小于 5mm。 7.一种基于光栅调谐光源的气体检测方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一种基于 光栅调谐光源的气体 检测装置而实现， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 打开可调谐激光器和光谱仪； 步骤2， 调整光 栅角度， 通过光谱仪分析 得出目标波长对应的光 栅角度； 步骤3， 关闭光谱仪， 让激光射入光声池并打开微音器、 音频放大器、 数字示波器和上位 机； 步骤4， 通过进气口和出气口换气， 将要测量的不同浓度的标准气体通入光声池， 产生 的光声信号被上位机记录并标定； 步骤5， 利用进气口和出气口， 将待测气体通入， 通过产生的光声信号判断待测气体的 浓度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114965274 A 2一种基于光 栅调谐光源的气体检测装 置及方法 技术领域 [0001]本发明属于光声光谱气体检测领域， 具体涉及一种基于光栅调谐光源的气体检测 装置及方法。 背景技术 [0002]目前， 有研究表明， 可以利用气体的光声效应来对气体测量。 在光声光谱气体检测 系统中， 检测系统能否满足多种气体在线检测是很重要的因素。 例如： 当变压器发生故障 时， 其内部SF6产生化学反应产生多种分解组分， 包括多种硫化物(例如:SO、 SO2、 SOF2等)。 对 于检测不同的气体， 所需要选取 的激光器的波长是不一样的， 且测量不同气体中标定系 数 也是不一样的， 因此， 本文利用光栅和光谱仪， 设计了一种可调谐 光源的气 体检测装置及方 法。 [0003]现有技术1(CN103033493A) “一种可调谐荧光定量PCR检测系统 ”设光源、 激发滤光 片、 二向色镜、 透镜组、 热循环系统、 可调谐滤光片、 调谐控制单元、 面阵探测 器和信息分析 处理单元， 能对所有样品进行多波长荧光检测成像。 现有技术文件1的不足之处在于， 该技 术可调谐波长范围较小， 仅在690～795nm之间， 大多数气体检测均不能满足。 此外， 所设光 源为LED灯或钨灯， 该光源发出的光线为发射光， 装置调谐困难， 干扰较大。 本发明利用光 栅， 可以对激光器的波长进行大范围的调谐， 而且发出的激光为准直光， 结构安装简单， 受 环境干扰 较小。 [0004]现有技术2(CN107883895A) “多光源激光检测传感器及其检测方法 ”， 包括： 光源、 成像透镜、 图像传感器、 激光功率控制器和检测信息处理器， 所述的光源由至少二个激光 发 射装置构成， 各激光发射装置均与激光功率控制器相连接， 各激光发射装置发射的光面投 射于待测物体表面形成线状光纹； 各激光发射装置发射的面状激光位于同一平面内， 且各 激光发射装置的发射角度相交。 该多光源激光检测传感器能有效降低被测表面的相对面的 反光干扰及检测盲区、 从而提高检测精度。 现有技术文件2的不足之处在于， 该发明采用多 种光源， 极大的提高了制作成本和安装难度。 本发明仅一种光源， 通过光栅对光源波长进 行 调谐， 缩小了成本 。 发明内容 [0005]为解决现有技术中存在的不足， 本发明的目的在于， 提供一种基于光栅调谐光源 的气体检测装置和方法， 解决检测 不同的气体， 所需要选取 的激光器的波长是不一样的问 题， 和测量不同气体标定系 数也是不一样的问题， 同时极大 的提高了多种气体检测的准确 性， 实现多种气体在线检测。 [0006]本发明采用如下的技 术方案。 [0007]一种基于光栅调谐光源的气体检测装置， 包括： 可调谐激光器， 光声池， 可调谐激 光器用于提供多种波段且功率稳定的激光， 光声池包括进光透镜， 出光透镜， 进气口， 出气 口， 激光通过进光透镜和出光透镜进 出光声池， 光声池内部充待测气 体， 待测气 体通过进气说　明　书 1/4 页 3 CN 114965274 A 3