基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010924052.3 (22)申请日 2020.09.04 (71)申请人 中国科学院合肥物质科学研究院 地址 230031 安徽省合肥市蜀山区蜀山湖 路350号 (72)发明人 夏滑张志荣庞涛孙鹏帅 吴边 (74)专利代理机构 合肥市上嘉专利代理事务所 (普通合伙) 34125 代理人 李璐 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/03(2006.01) (54)发明名称 基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同 位素装置及方法 (5。

2、7)摘要 本发明公开了一种基于腔增强吸收光谱技 术探测水汽稳定同位素装置， 主要包括激光光 源、 腔增强光谱测量光路、 电路控制与信号处理 系统。 所述激光光源采用出射功率为毫瓦级的半 导体激光器， 用来测量水汽18O、 17O和D同 位素比率同时所需的吸收谱线； 所述腔增强光谱 测量光路包括像散镜组构成的光学腔、 聚焦透 镜、 MCT探测器； 所述电路控制与信号处理系统用 于控制光学腔内的温度和压力， 以及调制和锁定 激光光源的输出波长， 对信号进行处理后得到水 汽同位素分子的浓度。 还公开了一种基于腔增强 吸收光谱技术探测水汽稳定同位素的方法。 本发 明适用于低功率激光器， 能够同时快速测。

3、量三种 水汽同位素， 集成度与测量灵敏度高。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 112067582 A 2020.12.11 CN 112067582 A 1.一种基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征在于， 主要包括激 光光源、 腔增强光谱测量光路、 电路控制与信号处理系统； 所述激光光源采用出射功率为毫瓦级的半导体激光器， 用来测量水汽 18O、 17O和 D同 位素比率同时所需的吸收谱线； 所述腔增强光谱测量光路包括像散镜组构成的光学腔、 聚焦透镜、 MCT探测器， 所述像 散镜组构成的光学腔包括位于前端的入射腔镜、 位于后端的透射腔镜， 入射腔镜的入射光 位置。

4、安装有准直透镜实现腔体的密封和光源的准直； 传输到透射腔镜的光线透射后， 经过 聚焦透镜汇聚到MCT探测器上， 经MCT探测器光电转化后的信号进入所述电路控制与信号处 理系统； 所述电路控制与信号处理系统用于控制光学腔内的温度和压力， 以及调制和锁定激光 光源的输出波长， 对信号进行处理后得到水汽同位素分子的浓度。 2.根据权利要求1所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 在于， 所述激光光源采用23um的分布反馈式DFB激光器或36um带间级联ICL激光器或垂 直腔面发射VCSEL激光器。 3.根据权利要求1所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 。

5、在于， 所述入射腔镜为单面抛光的像散平凹球面镜， 凹面镀有高反介质膜； 所述透射腔镜为双面抛光的柱面镜， 凹面镀有高反介质膜， 柱面镀有增透膜。 4.根据权利要求3所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 在于， 所述高反介质膜的中心波长与增透膜的中心波长根据所选激光器的中心波长确定。 5.根据权利要求1所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 在于， 所述像散镜组构成的光学腔侧面设置有恒温恒压装置、 汽化模块； 所述恒温恒压装置用于保持腔内温度和压力的稳定性； 所述汽化模块用于将液态水汽化后导入光腔内进行测量。 6.根据权利要求1所述的基于腔增强吸收光。

6、谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 在于， 所述电路控制与信号处理系统主要包括信号发生器、 激光驱动电路、 A/D采集器、 锁相 放大器、 信号处理模块； 所述信号发生器的输出端分别连接激光驱动电路的输入端、 A/D采集器的输入端， A/D 采集器的输入端还连接MCT探测器的输入端； A/D采集器的输出端连接锁相放大器的输入 端， 锁相放大器的输出端连接信号处理模块； 信号发生器与信号处理模块相互连接； 激光驱 动电路的输出端连接激光光源的输入端。 7.根据权利要求6所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 其特征 在于， 所述信号处理模块通过质量流量控制器与所述像散镜组构成的。

7、光腔连接。 8.一种基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素的方法， 其特征在于， 所述激光器发出的测量光源由入射腔镜上的准直透镜进入所述像散镜组构成的光腔 内， 在腔内形成稳定的驻波分布， 透射腔镜的透射光束经过聚焦透镜将透射能量聚焦到MCT 探测器； 所述激光驱动电路通过设置温度和电流调节激光光源的工作波长， 同时所述信号发生 器产生高频调制、 低频扫描及直流调节信号， 三种信号混合叠加后进入激光驱动电路， 调制 权利要求书 1/2 页 2 CN 112067582 A 2 和锁定激光器的输出波长； 所述A/D采集器将MCT探测器的信号进行模电转换后进入锁相放大器， 锁相放大器解调 出二次。

8、谐波信号； 二次谐波信号和直接吸收信号同时进入信号处理模块， 经过滤波、 去噪及 拟合后进行分子浓度反演， 由同位素公式计算出 18O、 17O和 D同位素比率。 9.根据权利要求7所述的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素的方法， 其特 征在于， 根据同位素分子吸收谱线的峰值位置， 由信号处理模块的波长反馈控制调节信号 发生器的直流信号， 通过增加或减小直流信号调节激光光源输出的中心波长。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112067582 A 3 基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及激光吸收光谱技术领域， 特别是涉及一种基于腔增强吸收光谱。

9、技术探 测水汽稳定同位素装置及方法。 背景技术 0002 由于同位素效应的存在， 氢氧稳定同位素作为水的 “DNA” ， H18OH、 HDO、 H16OH和H17OH 成为土壤、 植被、 大气和海洋间不同形式水分子运动的最佳示踪剂， 成为涉及大气、 水文和 生态等多种学科的重要研究工具， 对于研究水分的传输和转化具有重要的意义。 0003 现有的水汽同位素测量方法主要有同位素比值质谱法(IRMS)， 可以达到高通量 (每个样品几分钟的分析时间)和令人印象深刻的高水平的精度， 但与可凝结的气体或像水 这样的粘性分子是不相容的。 在水同位素分析中， 将水还原为H2并与CO2平衡是测定D和18O 。

10、同位素比值的常用方法。 此外， 由于17O12C16O和16O13C16O分子出现在同一质量通道中， 准确直 接测定H217O/H216O的同位素比值几乎是不可能的。 这个比值通常是由17O和18O丰度比值之间 的自然关系推断出来的， 或者是由水样经氟化处理后对O2的测定得出的。 目前还没有一种 可靠的高精度质谱分析方法可用于水的直接同位素分析。 此外， 由于IRMS设备价格昂贵， 操 作复杂， 需要专业的技术人员维护， 体积较大， 无法在现场进行实时测量。 0004 相比之下， 光学检测方法具有响应快、 灵敏度高、 非接触、 无需化学转换、 实时性等 优点。 其中激光吸收光谱技术已经被公认是。

11、一种能够对痕量气体及其同位素丰度进行实时 快速分析的工具， 特别是基于高精细度谐振腔的激光吸收光谱技术， 能够在小容积光腔内 实现超高灵敏度检测， 更适用于气体同位素丰度的便携式在线测量。 这类技术根据测量原 理主要分为腔增强吸收光谱技术(Cavity Enhancement Absorption Spectroscopy,CEAS) 或积分腔输出光谱技术(Integral Cavity Output Spectroscopy,ICOS)、 腔衰荡技术 (Cavity Ring-down Technology Spectroscopy,CRDS)光， 及其结合波长调制、 频率调制、 光腔结构优。

12、化等光电技术的多种改进形式。 CRDS技术有着光谱检测技术至高的检测精度， 但由于其需要精密的光电控制系统， 整体装置成本较高； 同时， CRDS技术在实际使用过程 中， 吸收谱只是有分步扫描的若干点组成， 峰形基线细节不够清晰完整， 且响应时间较长； 此外， CRDS无法同时兼顾低浓度和高浓度测量， 高浓度时的衰荡时间显著降低， 难以获得准 确的数据， 需要稀释后再测量， 这一过程将增加额外误差。 CEAS与ICOS技术本质相同， 通过 测量透过高精细谐振腔的光强信息获得目标分子的吸收光谱， 在较小容积实现超长光程， 反应灵敏度高， 光电控制系统较为简易， 系统结构简单稳定， 可快速测量完整。

13、的同位素分子 吸收光谱， 可长时间运行实现实时在线监测， 容易应用推广， 更适合于气体微量检测和同位 素丰度分析， 为大范围和长期开展水汽同位素组网观测， 促进我国在水文循环研究中同位 素示踪数据的研究和积累提供科学技术支持。 0005 然而传统腔增强的光路结构， 其光源入射方式由前端球面腔镜入射到腔内， 由于 腔镜的凹面镀有高反射膜， 入射光能量绝大部分被腔镜反射到腔外， 入射到腔内的有效利 用的能量只有万分之一左右， 限制了有效光程和探测灵敏度的提高。 因此亟需提供一种新 说明书 1/6 页 4 CN 112067582 A 4 型的基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置来解决上述问。

14、题。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于低功率激光器的基于腔增强吸收 光谱技术探测水汽稳定同位素装置及方法， 能够同时快速测量三种水汽同位素， 集成度与 测量灵敏度高。 0007 为解决上述技术问题， 本发明采用的一个技术方案是： 提供一种基于腔增强吸收 光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 主要包括激光光源、 腔增强光谱测量光路、 电路控制与 信号处理系统； 0008 所述激光光源采用出射功率为毫瓦级的半导体激光器， 用来测量水汽 18O、 17O和 D同位素比率同时所需的吸收谱线； 0009 所述腔增强光谱测量光路包括像散镜组构成的光学腔、 聚焦透镜、 MCT探测器，。

15、 所 述像散镜组构成的光学腔包括位于前端的入射腔镜、 位于后端的透射腔镜， 入射腔镜的入 射光位置安装有准直透镜实现腔体的密封和光源的准直； 传输到透射腔镜的光线透射后， 经过聚焦透镜汇聚到MCT探测器上， 经MCT探测器光电转化后的信号进入所述电路控制与信 号处理系统； 0010 所述电路控制与信号处理系统用于控制光学腔内的温度和压力， 以及调制和锁定 激光光源的输出波长， 对信号进行处理后得到水汽同位素分子的浓度。 0011 在本发明一个较佳实施例中， 所述激光光源采用23um的分布反馈式DFB激光器 或36um带间级联ICL激光器或垂直腔面发射VCSEL激光器。 0012 在本发明一个较。

16、佳实施例中， 所述入射腔镜为单面抛光的像散平凹球面镜， 凹面 镀有高反介质膜； 0013 所述透射腔镜为双面抛光的柱面镜， 凹面镀有高反介质膜， 柱面镀有增透膜。 0014 进一步的， 所述高反介质膜的中心波长与增透膜的中心波长根据所选激光器的中 心波长确定。 0015 在本发明一个较佳实施例中， 所述像散镜组构成的光学腔侧面设置有恒温恒压装 置、 汽化模块； 0016 所述恒温恒压装置用于保持腔内温度和压力的稳定性； 0017 所述汽化模块用于将液态水汽化后导入光腔内进行测量。 0018 在本发明一个较佳实施例中， 所述电路控制与信号处理系统主要包括信号发生 器、 激光驱动电路、 A/D采集。

17、器、 锁相放大器、 信号处理模块； 0019 所述信号发生器的输出端分别连接激光驱动电路的输入端、 A/D采集器的输入端， A/D采集器的输入端还连接MCT探测器的输入端； A/D采集器的输出端连接锁相放大器的输 入端， 锁相放大器的输出端连接信号处理模块； 信号发生器与信号处理模块相互连接； 激光 驱动电路的输出端连接激光光源的输入端。 0020 进一步的， 所述信号处理模块通过质量流量控制器与所述像散镜组构成的光腔连 接。 0021 为解决上述技术问题， 本发明采用的另一个技术方案是： 提供一种基于腔增强吸 收光谱技术探测水汽稳定同位素的方法， 包括： 说明书 2/6 页 5 CN 112。

18、067582 A 5 0022 所述激光器发出的测量光源由入射腔镜上的准直透镜进入所述像散镜组构成的 光腔内， 在腔内形成稳定的驻波分布， 透射腔镜的透射光束经过聚焦透镜将透射能量聚焦 到MCT探测器； 0023 所述激光驱动电路通过设置温度和电流调节激光光源的工作波长， 同时所述信号 发生器产生高频调制、 低频扫描及直流调节信号， 三种信号混合叠加后进入激光驱动电路， 调制和锁定激光器的输出波长； 0024 所述A/D采集器将MCT探测器的信号进行模电转换后进入锁相放大器， 锁相放大器 解调出二次谐波信号； 二次谐波信号和直接吸收信号同时进入信号处理模块， 经过滤波、 去 噪及拟合后进行分子。

19、浓度反演， 由同位素公式计算出 18O、 17O和 D同位素比率。 0025 在本发明一个较佳实施例中， 根据同位素分子吸收谱线的峰值位置， 由信号处理 模块的波长反馈控制调节信号发生器的直流信号， 通过增加或减小直流信号调节激光光源 输出的中心波长。 0026 本发明的有益效果是： 0027 (1)本发明所述装置为适用于低功率激光器的腔增强吸收光谱装置， 拓展了腔增 强光谱技术适用的激光器类型， 三种水汽同位素同时测量， 丰富了水汽光谱测量信息， 整体 集成化程度高， 可组成小型化、 便携式、 高性价比的水汽稳定同位素探测装置， 为开展大尺 度网格化的水汽同位素测量提供技术支持； 0028 。

20、(2)本发明由像散型腔镜代替传统的球面腔镜， 并在前端腔镜的入射光位置打孔， 小孔位置用准直透镜密封， 使激光束由准直透镜进入腔内， 从根本上减少腔镜外的反射损 耗， 可有效利用光源能量， 提高有效光程和探测灵敏度； 0029 (3)本发明所述方法探测灵敏度高、 精度高， 能够快速测量三种水汽同位素， 克服 了传统水汽稳定同位素测量方法的不足， 满足国内大气、 地质、 水文等多学科日益增长的对 测量工具的便携性和高精度的需求， 提高在分析方面的重大进展能力。 附图说明 0030 图1是本发明所述基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置的结构示意 图； 0031 图2是所述像散镜组构成的光腔。

21、结构示意图； 0032 图3是柱面腔镜透射的光能量分布仿真图； 0033 图4是水汽同位素分子在2.7um处吸收光谱图。 0034 附图中各部件的标记如下： 1、 像散镜组构成的光学腔， 101、 像散平凹球面镜， 102、 柱面镜， 103、 准直透镜， 11、 质量流量控制器； 12、 16、 针阀； 13、 温度传感器， 14、 汽化模块、 15、 真空泵， 2、 激光光源， 21、 22、 金膜平面反射镜， 3、 聚焦透镜， 4、 MCT探测器， 5、 电路控制与 信号处理系统， 51、 A/D采集器， 52、 锁相放大器， 53、 信号处理模块， 54、 波长反馈控制， 55、 信 。

22、号发生器， 56、 激光驱动电路。 具体实施方式 0035 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述， 以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解， 从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 说明书 3/6 页 6 CN 112067582 A 6 0036 请参阅图1， 本发明实施例包括： 0037 一种基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置， 主要包括激光光源、 腔 增强光谱测量光路、 电路控制与信号处理系统5。 所述激光光源2采用出射功率为毫瓦级的 半导体激光器， 用来测量水汽 18O、 17O和 D同位素比率同时所需的吸收谱线； 所述腔增强 光谱测量光路包括像。

23、散镜组构成的光学腔1、 聚焦透镜3、 MCT探测器4(碲镉汞探测器)； 所述 电路控制与信号处理系统5用于控制光学腔1内的温度和压力， 以及调制和锁定激光光源的 输出波长， 对信号进行处理后得到水汽同位素分子的浓度。 0038 该装置为适用于低功率激光器的腔增强吸收光谱装置， 拓展了腔增强光谱技术适 用的激光器类型， 因此所述激光光源2可采用23um的分布反馈式DFB激光器或36um带间 级联ICL激光器或垂直腔面发射VCSEL激光器。 本实施例中， 结合图4， 所述激光光源2采用 2.73um的DFB激光器， 光功率一般为2mw， 外型为TO封装， 调谐波长为1nm， 可同时扫描水汽 所需的。

24、四条吸收谱线H18OH、 H17OH、 HDO和H16OH。 所述装置能够同时测量三种水汽同位素， 丰 富了水汽光谱测量信息， 整体集成化程度高， 可组成小型化、 便携式、 高性价比的水汽稳定 同位素探测装置， 为开展大尺度网格化的水汽同位素测量提供技术支持。 0039 结合图2， 所述像散镜组构成的光学腔1包括位于前端的入射腔镜、 位于后端的透 射腔镜， 形成无重入射解的稳定谐振腔。 本实施例中， 以所述激光光源2采用23um的分布 反馈式DFB激光器为例， 入射腔镜设计为单面抛光的像散平凹球面镜101， 凹面镀中心波长 2.73um的高反介质膜， 入射光位置开有小孔， 小孔上安装准直透镜1。

25、03实现腔体的密封和光 源的准直， 准直透镜103可采用格林透镜， 也可以根据光源的波长， 选择用K9、 石英、 氟化钙 等材质的窗片。 透射腔镜设计为双面抛光的柱面镜102， 其中凹面镀有中心波长2.73um的高 反介质膜， 柱面镀有中心波长2.73um的增透膜。 通过小孔处的格林透镜103入射到腔内的光 束经过多次离轴传输， 传输到透射腔镜的光线透射后， 经过聚焦透镜3汇聚到MCT探测器4 上， 注入腔内的光强相比传统腔增强吸收光谱增大了1/R倍， R为像散平凹球面镜101的凹面 和柱面镜102凹面的高反介质膜的反射率， 反射率一般大于99.9。 根据多光束干涉原理， 腔增强的有效光程为D。

26、/(1-R)， D为光腔的物理基长， R越高， 有效光程越大。 因此， 所述高反 介质膜的中心波长与增透膜的中心波长根据所选激光器的中心波长确定。 由像散镜组构成 光腔1的光路传输特点， 光束在腔内多次往返传输， 形成的光斑在透射腔镜上密集分布(如 图3所示)， 调节合适的入射角度， 避免光束提前从格林透镜射出。 优选的， 在激光光源2与像 散镜组构成的光学腔1之间设有两面金膜平面反射镜21， 作为模式匹配镜调节入射角度， 激 光器2的出射波长通过金膜平面反射镜21和22， 以合适的角度由入射位置的格林透镜103进 入光腔1中， 在腔内形成稳定的驻波分布。 进一步的， 入射角度一般小于1 ， 。

27、使得光束在透射 腔镜上形成密集的反射光斑， 且利于出射光束的汇聚积分。 0040 本发明由像散型腔镜代替传统的球面腔镜， 并在前端腔镜的入射光位置打孔， 小 孔位置用准直透镜103密封， 使激光束由准直透镜103进入腔内， 从根本上减少腔镜外的反 射损耗， 可有效利用光源能量， 提高有效光程和探测灵敏度。 本实施例中， 所述准直透镜103 采用格林透镜。 0041 在所述像散镜组构成的光学腔1侧面设置有恒温恒压装置、 汽化模块14； 所述恒温 恒压装置用于保持腔内温度和压力的稳定性； 所述汽化模块14用于将液态水汽化后导入光 腔内进行测量。 优选的， 所述恒压装置包括安装在光学腔1两侧的针阀1。

28、2、 真空泵15， 真空泵 说明书 4/6 页 7 CN 112067582 A 7 15与其中一针阀16连接， 所述真空泵5采用隔膜真空泵； 所述恒温装置采用温度传感器13， 所述汽化模块14采用高精密汽化模块， 将液态水汽化后进入光腔进行测量。 此设计将水汽 分子基频吸收波长的低功率激光器应用到腔增强系统中， 提高了水汽同位素分子的测量灵 敏度。 0042 经MCT探测器4光电转化后的信号进入所述电路控制与信号处理系统5， 所述电路 控制与信号处理系统5主要包括信号发生器55、 激光驱动电路56、 A/D采集器51、 锁相放大器 52、 信号处理模块53。 所述信号发生器55的输出端分别连。

29、接激光驱动电路56的输入端、 A/D 采集器51的输入端， A/D采集器51的输入端还连接MCT探测器4的输入端； A/D采集器51的输 出端连接锁相放大器52的输入端， 锁相放大器52的输出端连接信号处理模块53； 信号发生 器55与信号处理模块53相互连接； 激光驱动电路56的输出端连接激光光源2的输入端。 所述 激光驱动电路56用来设置激光器的工作温度和电流， 以控制输出的中心波长。 0043 进一步的， 所述信号处理模块53通过质量流量控制器11与所述像散镜组构成的光 腔1上的另一针阀12连接。 示例性的， 质量流量控制器11、 针阀12和隔膜真空泵15及信号处 理模块56中的压力控制。

30、算法部分共同组成了光腔内部压力控制系统， 测量时控制压力为 10mbar， 精度为0.01mbar。 温度传感器13和信号处理模块56中的温度控制算法控制光腔内 部的温度为45， 精度为0.01K。 0044 基于腔增强吸收光谱技术探测水汽稳定同位素装置的测量方法， 包括： 0045 所述2.7um DFB激光器2产生水汽同位素测量所需的H18OH、 HDO、 H16OH和H17OH四条 吸收谱线的波长， 测量光源由入射腔镜上的格林透镜103进入所述像散镜组构成的光腔1 内， 在腔内形成稳定的驻波分布， 透射腔镜的透射光束经过聚焦透镜3将透射能量聚焦到 MCT探测器4； 0046 所述激光驱动。

31、电路56通过设置温度和电流调节激光光源2的工作波长， 同时所述 信号发生器55产生10KHz的高频调制、 70Hz的低频扫描及01V范围的直流调节信号， 三种 信号混合叠加后进入激光驱动电路56， 其中低频信号进行波长扫描， 高频信号调制波长， 通 过增加或减小直流信号反馈控制中心波长， 进而调制和锁定激光器的输出波长； 0047 所述A/D采集器51将MCT探测器4的信号进行模电转换后进入锁相放大器52， 锁相 放大器52对不同的调制频率进行解调， 得到水汽同位素分子吸收谱线的二次谐波； 二次谐 波信号和直接吸收信号(不加调制的光谱吸收信号， 由朗伯比尔定律直接反演得到)同时进 入信号处理模。

32、块53， 经过滤波、 去噪及拟合后进行分子浓度反演， 得到水汽同位素分子 H18OH、 HDO、 H16OH和H17OH的浓度， 进而根据同位素比值公式计算出 18O、 17O和 D同位素比 率。 同位素比率R为某一元素的重同位素体积比与轻同位素丰度之比， 同位素比值表示为样 品中两种含量同位素比率与国际标准中对应比率之间的比值， 所以稳定同位素比值表示为 样品与标准之间偏差的千分数 ， 同位素X的比值计算为： 0048其中为样品同位素比率， 为标准同位素比率。 0049 同时， 根据同位素分子吸收谱线的峰值位置， 由信号处理模块53的波长反馈控制 调节信号发生器的直流信号， 通过增加或减小直。

33、流信号调节激光光源2输出的中心波长。 0050 具体的， 多次透射光束经过信号发生器55产生的高频调制参考信号， 将MCT探测器 4获得的水同位素光谱信号解调为二次谐波形式， 有效降低1/f噪声， 提高探测灵敏度； 二次 说明书 5/6 页 8 CN 112067582 A 8 谐波信号的采样周期由信号发生器55产生的方波时钟控制； 信号处理模块53将采集到的二 次谐波信号做去噪、 背景扣除、 浓度拟合和卡尔曼滤波等处理， 反演出各气体分子的浓度和 同位素丰度。 整体测量可集成为小型化便携式的为水汽稳定同位素丰度探测系统。 0051 所述方法探测灵敏度高、 精度高， 能够快速测量三种水汽同位素， 克服了传统水汽 稳定同位素测量方法的不足， 满足国内大气、 地质、 水文等多学科日益增长的对测量工具的 便携性和高精度的需求， 提高在分析方面的重大进展能力。 0052 以上所述仅为本发明的实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运用在其他相关的技 术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说明书 6/6 页 9 CN 112067582 A 9 图1 图2 说明书附图 1/2 页 10 CN 112067582 A 10 图3 图4 说明书附图 2/2 页 11 CN 112067582 A 11 。