[發明專利]基于激光吸收光譜的流場測量系統集成樣機

有效

• 申請號: 201710142697.X
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107064059B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 王廣宇;洪延姬;宋俊玲;金星;饒偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

1.基于激光吸收光譜的流場測量系統集成樣機，其特征在于：樣機包含可調諧半導體激光器、激光器控制電路板、光纖耦合器件、光電探測器和高速信號采集與存儲電路板；

其中，可調諧半導體激光器、光纖耦合器件、光電探測器以及激光器控制電路板和高速信號采集與存儲電路板(1)實現激光發射和控制以及信號采集與存儲功能；

其中，所述的高速信號采集與存儲電路板(1)由場可編程門陣列FPGA(2)、數字信號處理芯片DSP(3)、存儲器陣列Memory(4)、網口RS485(5)、2通道數模轉換模塊DAC(18)、16通道模數轉換模塊ADC(19)組成；

來自激光器控制電路板(10)的探測器(15)信號，經ADC模塊(19)變成數字信號經FPGA(2)和DSP(3)運算處理后存儲到Memory(4)，通過RS485(5)上傳至上位機；另外，

上位機也通過RS485(5)對采集和存儲電路進行初始化設置，同時FPGA(2)產生兩路數字信號經DAC(18)變成模擬信號傳送到激光器控制電路板(10)的激光器驅動Laser Driver1(11)和Laser Driver 2(13)；

所述的激光器控制電路板(10)包括兩個激光器驅動模塊Laser Driver 1(11)和LaserDriver 2(13)、兩個半導體制冷控制模塊TEC Controller 1(12)和TEC Controller 2(14)、二極管激光器DFB Laser1(7)和DFB Laser2(9)的夾具、集成前置放大器的探測器Detector Amps(15)、單片機MCU(16)、通用串行數據總線UART(17)、串口RS232(6)；

MCU(16)發出激光器控制指令通過Laser Driver 1(11)和TEC Controller 1(12)以及Laser Driver 2(13)和TEC Controller 2(14)分別對DFB Laser1(7)和DFB Laser2(9)進行獨立的電流和溫度控制，DFB Laser1(7)和DFB Laser2(9)發出的激光經光纖耦合器件Fiber coupling(8)合束再分束后傳輸到單模保偏光纖中，穿過流場的激光再經過多模光纖引導到Detector Amps(15)，Detector Amps(15)信號送到ADC模塊(19)，由上位機通過RS232(6)對MCU(16)進行初始化設置。

2.如權利要求1所述的基于激光吸收光譜的流場測量系統集成樣機，其特征在于：樣機外殼采用高強度鋁合金加工制作，外殼尺寸：長200mm×寬150mm×高100mm；

機殼包括主體和上下蓋板三部分，上下蓋板的尺寸相同，上下蓋板的尺寸為：長200mm×寬150mm×高3mm，主體部分尺寸長200mm×寬150mm×高94mm，中部有一橫板，尺寸為：長140mm×寬110mm×高6mm，與主體部分的相鄰兩側相接，用于安裝激光器控制電路板和高速信號采集和存儲電路板，電路板的發熱部件通過導熱硅脂與橫板緊密接觸，兩蓋板通過螺栓與主體連接；

為滿足樣機整體性能指標要求，激光器控制電路板的設計尺寸為：長120mm×寬90mm，高速信號采集與存儲電路板的設計尺寸為：長120mm×寬80mm，兩個二極管激光器用專用夾具固定在激光器控制電路板上，激光束用光纖耦合器件連接到單模光纖匹配套管上，16路單模光纖和多模光纖的匹配套管安裝在主體的前面板上，而系統供電接口、網口和串口及指示燈安裝在后面板上。

3.如權利要求1或2所述的基于激光吸收光譜的流場測量系統集成樣機，其特征在于：所述的激光器選用帶光纖輸出的蝶形封裝的分布式反饋DFB二極管激光器，供應商為日本NEL公司，所述二極管激光器的輸出激光的波長范圍為1.3-1.5μm，用于探測H₂O分子；

光纖耦合器件實現激光的合束與分束，選擇加拿大OZ Optics公司的2合1波分復用器WDM-12N-111-1340/1390-7/125-PPP-50-3A3A3A-1-0.6以及1分16分束器PLCS-18-7/125-P-1300/1400-12.5-50-3A×17-1-0.6，光電探測器選擇美國EOS公司的集成前置放大器的探測器IGA-030-E5/4MHz，所述探測器的輸出激光波長范圍900-1700nm，帶寬DC-4MHz；

光纖跳線包括兩類，發射端選用單模保偏光纖，芯徑尺寸取決于激光波長，接收端選用400μm芯徑的多模光纖；

光纖匹配套管有兩種類型，一種是用于單模保偏光纖跳線的對接，另一種是將多模光纖跳線進行固定到探測器的端面，分別選擇美國Thorlabs公司的ADAFC2-PMW和SM05SMA。