[發明專利]一種消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法

有效

• 申請號: 201410836896.7
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104568790A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 司峻峰;金勇;元靜;張波
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京北路自動化系統有限責任公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;H01S5/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張學彪

技術領域

本發明涉及一種消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法。

背景技術

光纖式傳感器的氣體檢測技術通過檢測特定波長的光通過氣體之后光強度的變化，進而可以計算出氣體的濃度。

氣體在吸收光子的能量并轉換為其它能量時，氣體分子都有帶有自身特征的吸收譜，氣體分子發生吸收效應的條件必須是光源發出光的譜線與氣體分子吸收的譜線相同，發生吸收效應之后光的強度將會相應減小。氣體分子特征吸收光譜與其對應的波長相關，吸收的能量為某兩個相鄰能級之間的光子所具有的能量。

但在實際測量中，由于在近紅外波段氣體的吸收譜寬通常都很窄，而DFB光源的譜線也較窄，通常為0.2nm，因此，檢測系統的光源漂移會對檢測系統的靈敏度和精準度造成很大影響。因此，必須采用合適的檢測方法盡可能減小系統誤差，提高系統靈敏度。

當前主要通過不斷提高DFB器件工作溫度和工作電流的穩定度來得到恒定的波長，但由于控制電路的誤差，仍然會導致激光器中心波長偏離氣體吸收波長的中心，造成檢測誤差。這種誤差經過長時間積累尤為明顯。

因此，需要一種新的消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法以解決上述問題。

發明內容

發明目的：針對激光器的中心波長發生漂移影響測量精度的問題，本發明提供了一種消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法。

技術方案：為達到上述發明目的，本發明的消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法采用以下技術方案：

一種消除氣體傳感過程中激光器波長漂移導致誤差的方法，應用于氣體探測裝置，所述氣體探測裝置包括信號源、驅動電路、溫度控制電路、激光器、檢測氣室和光電探測器，所述信號源連接所述驅動電路，所述驅動電路和溫度控制電路均連接所述激光器，所述激光器和光電探測器分別設置在所述檢測氣室的兩端，其特征在于：包括以下步驟：

1)、設置激光器的驅動信號I為最大工作電流Imax和最小工作電流Imin的平均值Iave，；

2)、通過溫度控制電路設置激光器的工作溫度T和步進溫度為△T，其中，Tmin<＝T<＝Tmax,Tmin為最低工作溫度，Tmax為最高工作溫度；

3)、利用光電檢測器得到工作溫度T時的輸出值m，令T＝T+△T；

4)、重復步驟2)-3)，直到將激光器的工作溫度范圍[Tmin,Tmax]遍歷完畢；

5)、找出輸出值最大的工作溫度T1，并將激光器的工作溫度設置為T1；

6)、設置激光器的工作電流I和步進電流為△I；

7)、利用光電檢測器得到激光器工作電流I時的輸出值m1，令I＝I+△T；

8)、重復步驟6)-7)，直到將激光器的工作電流范圍[Imin,Imax]遍歷完畢；

9)、找出輸出值最大的工作電流I1；

10)、利用電流I1作為驅動信號驅動激光器進行檢測。

更進一步的，重復N次步驟6)-9)，并記錄每次輸出值最大的工作電流T1i，其中，i＝1，2…N，利用N次的輸出值最大的工作電流T1i的平均值作為激光器的驅動信號。通過多點平均算法消除了噪聲，保證了結果的準確性。

更進一步的，N為20。

更進一步的，所述驅動電路包括NPN型三極管T和激光管，所述NPN型三極管T的發射極接地，基極連接激勵信號，集電極通過電阻R1連接激光管的一端并通過串聯連接的電阻R2和電阻R3連接激光管的另一端，還包括電容C1，電容C1與電阻R3并聯，激光管的另一端通過電感L連接掃描電流源。

當掃描電流以連續線性增長的形式周期作用于激光管時，激光管輸出的激光波長則周期性的掃過氣體的吸收峰點。由于掃描的波長范圍遠大于氣體的吸收譜線寬度，必然能夠覆蓋氣體的吸收點，有效的克服了激光器波長恒定時自身漂移帶來的誤差。

更進一步的，所述激光器為DFB激光器。

更進一步的，當步驟9)中輸出值最大的工作電流I1為最大工作電流Imax時，令Imax＝Imax+Ixiu，并重復步驟6)-9)，其中，Ixiu是修正電流，Imax時最大工作電流；步驟9)中當輸出值最大的工作電流I1為最小工作電流Imin時，令Imin＝Imin-Ixiu，并重復步驟6)-9)，其中，Ixiu是修正電流，Imin是最小工作電流。