基于激光自稳频技术的分布式多点甲烷检测系统研究

郭清华^1,2，于庆^1,2，苟怡¹

1. 中煤科工集团重庆研究院2. 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室

摘 要：为保证激光甲烷检测系统的长期稳定性,实现自动校准功能,同时大幅降低点式激光甲烷系统的成本,采用激光自稳频技术研发分布式多点激光甲烷检测系统。通过软硬件结合的方式实现激光自稳频,采用1/8光分束器将激光器出射光波分为8路,其中一路引入密封有恒定甲烷气体的参考气室,通过实时信号采集和处理得到甲烷吸收信号的二次谐波波形,提取出光波中心波长λ₁和工作范围Δλ₁,再通过闭环负反馈控制链路对激光器驱动电流进行自动调节。实验结果表明:在吸收波形中心位置处,波长控制精度达到0.000 1 nm,中心波长波动范围由1 653.697 5¹ 653.749 6 nm减小至1 653.723 4¹ 653.723 6 nm,波长工作光谱范围变化由0.138 1⁰.159 6 nm减小至0.149 5⁰.150 8 nm,将系统检测误差由原来的±4%减小至±0.5%;基于激光自稳频技术设计的分布式多点激光甲烷系统,能够实现多个测点甲烷的实时监测,其测量误差≤1%。采用激光自稳频技术,可以实现系统中工作波长的精确控制,进而保证激光甲烷检测系统在环境温度变化、器件老化等过程中性能的长期稳定性。

关键词：光学检测;光波复用;激光稳频;甲烷体积分数;