[發(fā)明專利]一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測方法及裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210445860.7 | 申請日: | 2012-11-09 |
| 公開(公告)號(hào): | CN102967580A | 公開(公告)日: | 2013-03-13 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 李艷芳;劉統(tǒng)玉;魏玉賓;王昌;趙燕杰;張婷婷;趙維凇 | 申請(專利權(quán))人: | 山東微感光電子有限公司 |
| 主分類號(hào): | G01N21/39 | 分類號(hào): | G01N21/39 |
| 代理公司: | 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221 | 代理人: | 張勇 |
| 地址: | 250101 山東省*** | 國省代碼: | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書: | 查看更多 | 說明書: | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 基于 vcsel 功耗 氣體 檢測 方法 裝置 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種光纖傳感領(lǐng)域,尤其涉及一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置及方法。
背景技術(shù)
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,及時(shí)準(zhǔn)確的對多種氣體進(jìn)行監(jiān)測已成為石油、化工、電力、煤礦安全等行業(yè)急需解決的重要問題。同時(shí),隨著人民生活水平的不斷提高,人類對生態(tài)環(huán)境的要求也越來越高,迫切要求發(fā)展的同時(shí)注意保護(hù)環(huán)境,對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測治理。為此,研制氣體傳感器已成為當(dāng)今傳感領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。
出現(xiàn)在上世紀(jì)80年代的光纖氣體檢測技術(shù)是一種新型氣體檢測方法,它具有測量精度高、測量范圍大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、氣體選擇性好、使用壽命長等傳統(tǒng)氣體檢測方法不可比擬的優(yōu)勢。尤其是隨著激光器技術(shù)的不斷發(fā)展,激光氣體傳感器得到了較大的發(fā)展。多個(gè)專利中都有所提及。但是其所述的方法中,DFB激光器或者VCSEL激光器,需要精確的溫度控制,其TEC控制器的功耗非常大,使得該類傳感器的功耗普遍較大,尤其是儀器的啟動(dòng)電流非常大,有得甚至達(dá)到500mAs以上,致使該類傳感器很難做到煤礦井下本安參數(shù)的要求,不利于和現(xiàn)有基站等礦用設(shè)備直接聯(lián)機(jī)使用。這是阻止該類儀器在煤礦井下推廣使用的一個(gè)致命缺點(diǎn)。
中國專利“氣體檢測方法和氣體檢測裝置”所述的方光譜吸收法測氣體時(shí)光源需要精確控溫,由于光源都是采取TEC控溫,使得該測量方法實(shí)現(xiàn)起來功耗特別大。本申請去掉了TEC降低了功耗,同時(shí)提供了參考通道,提高了測量的精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題,提供一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置及方法,它具有低功耗實(shí)現(xiàn)氣體濃度檢測的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置,包括溫度探測器件、VCSEL激光器、光路組件、光纖傳感探頭、參考探頭、光電探測器和功率參考探測器件;所述光路組件包括分路器和耦合器;所述溫度探測器件連接VCSEL激光器,所述VCSEL激光器連接光路組件的分路器,所述分路器連接第一耦合器的輸入端和第二耦合器的輸入端,所述第一耦合器的輸出端連接光纖傳感探頭,所述第一耦合器的返回端連接第一光電探測器;所述第二耦合器的輸出端連接參考探頭和功率參考探測器件;所述參考探頭連接第一光電探測器;所述功率參考探測器件是光電探測器,所述的VCSEL激光器發(fā)出的光經(jīng)過光路組件進(jìn)行隔離和分光后進(jìn)入光纖傳感探頭、參考探頭和功率參考探測器件。
所述的VCSEL激光器是通過電流進(jìn)行連續(xù)波長調(diào)制的激光器;所述VCSEL激光器采用不帶溫控模塊的VCSEL激光器,在驅(qū)動(dòng)電流一定的情況下,VCSEL激光器的波長和環(huán)境溫度基本上成線性關(guān)系。
上述一種基于VCSEL的低功耗氣體檢測裝置所采用的工作方法,包括以下幾個(gè)工作步驟:
步驟(1):溫度探測器件測得環(huán)境的溫度;
步驟(2):根據(jù)步驟(1)測得的環(huán)境溫度值確定激光器發(fā)光的波長;
步驟(3):根據(jù)步驟(2)確定的激光器的波長,確定出現(xiàn)在掃描區(qū)域內(nèi)的吸收峰的波長;
步驟(4):VCSEL激光器產(chǎn)生光,所述光的波長與光強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)電流、環(huán)境溫度成一定關(guān)系;
步驟(5):VCSEL激光器發(fā)出的光經(jīng)光路組件到光纖傳感探頭、參考探頭和功率參考探測器件;
步驟(5-1):光源發(fā)出的光在光纖傳感探頭中得到一定程度的吸收,吸收強(qiáng)度和環(huán)境中待測氣體的濃度成一定的關(guān)系,光穿過光纖傳感探頭以后被第一光電探測器探測;
步驟(5-2):光源發(fā)出的光在參考探頭中得到固定的吸收,吸收的強(qiáng)度和參考?xì)馐覂?nèi)氣體的濃度有關(guān),光穿過參考探頭以后被第二光電探測器探測;
步驟(5-3):光源發(fā)出的光經(jīng)分路器進(jìn)入功率參考探測器件;
步驟(6):把步驟(5-1)和步驟(5-2)中第一光電探測器和第二光電探測器得到的探測信號(hào)分別和步驟(5-3)功率參考探測器件測得的功率參考信號(hào)相除,消除因光源的功率變化對測量結(jié)果造成的影響;
步驟(7):根據(jù)步驟(3)和步驟(6)確定吸收峰所在的整個(gè)掃描周期中的位置;
步驟(8):參考步驟(6)得到的消除因光源的功率變化對測量結(jié)果造成影響的帶有濃度信息的信號(hào),參考步驟(7)中確定的吸收峰的位置,根據(jù)Beer-Lambert定律和參考探頭中的濃度信號(hào)做比較,測得待測氣體的濃度。
本發(fā)明的有益效果:
1.所述VCSEL激光器不使用溫度控制系統(tǒng)精確控制其波長,大大降低了傳感器的功耗;使得其在井下大面積推廣成為可能;
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息,商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于山東微感光電子有限公司,未經(jīng)山東微感光電子有限公司許可,擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作,請聯(lián)系【客服】
本文鏈接:http://www.szxzyx.cn/pat/books/201210445860.7/2.html,轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
- 同類專利
- 專利分類
G01N 借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料
G01N21-00 利用光學(xué)手段,即利用紅外光、可見光或紫外光來測試或分析材料
G01N21-01 .便于進(jìn)行光學(xué)測試的裝置或儀器
G01N21-17 .入射光根據(jù)所測試的材料性質(zhì)而改變的系統(tǒng)
G01N21-62 .所測試的材料在其中被激發(fā),因之引起材料發(fā)光或入射光的波長發(fā)生變化的系統(tǒng)
G01N21-75 .材料在其中經(jīng)受化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng),測試反應(yīng)的進(jìn)行或結(jié)果
G01N21-84 .專用于特殊應(yīng)用的系統(tǒng)
- 一種基于功耗池的集群功耗分配方法
- 遠(yuǎn)端射頻單元及其功耗限制方法、以及基站控制器
- 一種基站功耗的監(jiān)測方法及裝置
- 一種整機(jī)柜功耗限制方法及裝置
- 功耗處理方法、裝置、電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)
- 一種整機(jī)箱功耗的分配方法、系統(tǒng)、裝置及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)
- 一種基于LSTM的機(jī)房功耗預(yù)警方法、系統(tǒng)、終端及存儲(chǔ)介質(zhì)
- 功耗調(diào)節(jié)方法、裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)、服務(wù)器和終端
- 一種數(shù)據(jù)中心的功耗控制方法、系統(tǒng)及相關(guān)組件
- 一種延遲掉電省功耗方法和裝置





