[發(fā)明專利]時分復用差分調制酒駕激光檢測方法及裝置

有效

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• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104316493B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 王彪;程萬前;郭月俊;王立軍;寧永強;曹軍勝;劉云;秦莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 劉慧宇

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于乙醇氣體濃度檢測方法及裝置，具體涉及種時分復用差分調制酒駕激光檢測方法及裝置，屬于光電檢測技術領域。

背景技術

近年來，我國的車禍慘況屢屢發(fā)生，而酒后駕車又是造成車禍的一大重要原因，對酒后駕車的檢測顯得尤為重要。國內目前主要采用傳統(tǒng)設備“呼吸式酒精檢測儀”進行酒駕檢測，該方法不僅存在隨機性強、檢查效率低等缺陷，而且還耗費大量的人力、物力。因此研究出新型高效的酒駕檢測方法及裝置已經(jīng)刻不容緩。

采用激光調制技術對酒精進行遙測方法是目前最新的檢測方法，它利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸收光譜的原理來測量氣體濃度。這種技術一般采用可調諧半導體激光器作為光源，控制發(fā)射激光的波長掃過待測氣體分子的吸收峰，并檢測進行吸收后的激光光強，由此來實現(xiàn)對分子濃度的測量。

但車窗玻璃、空氣中的大顆粒粉塵等的阻擋散射會對激光強度產(chǎn)生一定的影響，要除去這一影響，使得檢測結果更加準確，一般會再加一路激光作為參考光，通過兩路激光的差分得出較精確的結果，但這種方式也會產(chǎn)生一些其他的不利影響，例如增加了成本，提高了設備的復雜性，降低了設備的可靠性等等。

發(fā)明內容

本發(fā)明為解決上述問題，提出一種只用單路激光的時分復用差分調制酒駕激光檢測方法及裝置。

時分復用差分調制酒駕激光檢測方法，是包括以下步驟，

步驟1，激光器驅動控制單元控制調制信號發(fā)生單元向激光器發(fā)出調制信號，所述調制信號為兩部分信號的疊加，一部分為高頻正弦加載波信號；另一部分信號為低頻信號；所述高頻正弦加載波同時輸入到鎖相放大器作為參考信號；所述低頻信號分為L段、M段和H段；L段和H段電流恒定，激光器在該段電流驅動下的輸出波長處于氣體的非吸收區(qū)，該段用于對比消除環(huán)境產(chǎn)生的干擾；M段電流隨時間均勻增大，使激光器的輸出波長掃過乙醇氣體吸收的中心波長，該段用于檢測乙醇氣體的濃度。

步驟2，激光器驅動控制單元根據(jù)調制信號控制激光器的注入電流，從而使激光輸出波長掃過乙醇氣體吸收的中心波長；

步驟3，激光投射到待測乙醇氣體上，經(jīng)過乙醇氣體吸收后的光線發(fā)送到光電探測器上，將光信號轉化為電信號；

步驟4，光電探測器輸出信號經(jīng)過預處理后分為兩路，一路輸入到鎖相放大器對M段的調制波形進行二次諧波檢測，再將檢測結果輸入到數(shù)據(jù)采集與處理單元；另一路直接接入數(shù)據(jù)采集與處理單元，用于提取L段和H段波形的基波；

步驟5，數(shù)據(jù)采集與處理單元將L段與H段的基波信號以及M段的二次諧波信號進行分析，將M段信號的光強I_M作為一個參數(shù)，將L段和H段波形對應的光強數(shù)據(jù)取平均值，作為計算氣體濃度的另一個參數(shù)，計算出待測乙醇氣體的濃度。

時分復用差分調制酒駕激光檢測裝置，其特征是：包括激光器、調制信號發(fā)生單元、激光器驅動控制單元、光電探測器、探測器預處理電路、鎖相放大器和數(shù)據(jù)采集與處理單元；

調制信號發(fā)生單元產(chǎn)生兩路信號，一路加載至激光器驅動控制單元，另一路作為參考信號輸入鎖相放大器；

激光器驅動控制單元將調制信號發(fā)生單元輸入的信號經(jīng)電壓電流轉換后加載至激光器上；

激光器發(fā)射的激光經(jīng)過汽車內的酒精氣體吸收后的出射光入射到光電探測器上，光電探測器輸出的電流信號經(jīng)探測器預處理電路后轉換成電壓信號，該信號分別輸入到鎖相放大器和數(shù)據(jù)采集與處理單元內；

鎖相放大器將調制信號發(fā)生單元輸入的參考信號與探測器預處理電路所輸入的電壓信號進行處理，處理后得到的信號輸入至數(shù)據(jù)采集與處理單元；

數(shù)據(jù)采集與處理單元將鎖相放大器所輸入的信號同探測器預處理電路所輸入的信號進行處理得到被檢測的乙醇氣體濃度值。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明具有響應速度快、選擇性強、非接觸測量等優(yōu)點，能夠滿足交通管理部門對酒后駕駛的快速檢測需求；同時，激光器只需要發(fā)射一束單一頻率調制的激光即可完成高精度的乙醇氣體檢測，大大節(jié)省了設計成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明時分復用差分調制酒駕激光檢測裝置示意圖。

圖2為兩路信號的波形圖。

圖3為本發(fā)明所述的信號調制解調示意圖。

具體實施方式

下面結合圖1和圖2說明本系統(tǒng)的具體實施方式。

時分復用差分調制酒駕激光檢測方法，其特征是，該方法包括以下步驟，