(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 202211117879.9 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 马欲飞　乔顺达　郎梓婷　刘晓楠　 杨舒涵　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 专利代理师 王新雨 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/63(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检 测装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于光栅解调的光致热 弹光谱痕量气体检测装置及方法， 所述装置包括 第一半导体激光器、 聚焦透镜、 气室、 石英音叉、 布拉格光纤光栅、 第二半导体激光器、 光电探测 器、 控制与数据采集系统、 计算机， 第一 半导体激 光器经调制后输出激光， 经聚焦透镜后入射到气 室内， 激光从气室出射并照射在石英音叉上； 第 二半导体激光器出射激光进入布拉格光纤光栅 中， 石英音叉振动引起布拉格光纤光栅栅距周期 性变化， 第二半导体激光器 反射光光强产生周期 性变化， 由光电探测器探测反射光光强， 该信号 传输至控制与数据采集系统中进行信号的实时 监测与采集， 并输入到计算机中进行解调处理。 本发明的装置具有噪声免疫、 灵敏度高、 成本低 等优点。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115326755 A 2022.11.11 CN 115326755 A 1.一种基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在于所述装置包括第 一半导体激光器、 聚焦透镜、 气室、 石英音叉、 布拉格光纤光栅、 第二半导体激光器、 光电探 测器、 控制与数据采集系统、 计算机， 其中： 所述石英音叉的左侧或右侧放置布拉格光纤光 栅； 所述第一半导体激光器经过控制与 数据采集系统调制后输出激光， 经聚焦透镜后入射 到气室内， 待测目标气 体吸收激光能量后， 激光从气室出射并照射在石英音叉上， 石英音 叉 吸收出射激光能量发生周期性的弹性形变进 而产生振动； 所述第二半导体激光器出射激光进入布拉格光纤光栅中， 石英音叉振动引起布拉格光 纤光栅栅距周期性变化， 第二半导体激光器反射光光强产生周期性变化， 由光电探测器探 测反射光光强， 该信号传输至控制与数据采集系统中进行信号的实时监测与采集， 并输入 到计算机中进行解调处 理。 2.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述第一半导体激光器为近红外连续可调谐单纵模输出的分布反馈式半导体激光器， 线 宽不>10MHz， 激光功率＞20mW。 3.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述第一半导体激光器替换为高功率激发源。 4.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述第二半导体激光器输出光束质量 不为多模， 光束质量因子 M2<2。 5.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述第二半导体激光器发射波长处在光电探测器的响应范围内。 6.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述布拉格光纤光 栅的折射率变化周期为0.1～10 μm。 7.根据权利要求1或6所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征 在于所述布拉格光纤光 栅与石英音叉处于等高的位置， 且相距不超过5m m。 8.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述激光照射在石英音叉 叉股的根部位置 。 9.根据权利要求1所述的基于光栅解调的光致热弹光谱痕量气体检测装置， 其特征在 于所述第二半导体激光器输出波长为布拉格光纤光 栅反射波长 。 10.一种利用权利要求1 ‑9任一项所述装置进行光致热弹光谱痕量气体检测的方法， 其 特征在于所述方法包括如下步骤： 步骤一： 控制与数据采集系统对第一半导体激光器的输出 特性进行控制； 步骤二： 第 一半导体激光器输出的激光经过聚焦透镜后入射到气室内激发待测目标气 体； 步骤三： 从气室出射的激光照射在石英音叉上， 石英音叉吸收出射激光的能量并伴随 调制的激光源进行周期性的弹性形变进 而产生振动声 波； 步骤四： 石英音叉周期性声 波振动引起布拉格光纤光 栅栅距周期性变化； 步骤五： 第二半导体激光器产生激光入射到布拉格光纤光 栅中； 步骤六： 光电探测器探测到由第 二半导体激光器入射到布拉格光纤光栅中反射出来的 激光；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326755 A 2步骤七： 光电探测器接入控制与数据采集系统进行信号的实时监测与采集， 并输入到 计算机中进行解调处 理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326755 A 3