[發明專利]一種基于TDLAS?DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統

在審

• 申請號: 201711098726.3
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107941748A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 張和平;袁偉;陸松;管雨
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/3504
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,鄧治平

1.一種基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，該系統包括：QCL-DFB激光器、溫度控制器、信號發生器、電流驅動器、準直器、合束器、He-Ne激光器、氣體吸收池、MCT探測器、數據采集卡及數據采集處理系統，溫度控制器將QCL-DFB激光器穩定在一個恒定工作溫度；信號發生器與電流驅動器連接，將低頻鋸齒波掃描信號輸入電流驅動器中；電流驅動器與QCL-DFB激光器連接，向QCL-DFB激光器輸入工作電流；準直器與QCL-DFB激光器的出光口連接；所述準直器的前方光路設有合束器，與準直器的出射光束成45°夾角；He-Ne激光器的出射口朝向合束器，透過合束器后與反射的紅外光實現合束；氣體吸收池入光口朝向合束器，接收紅外光與可見紅光的合束光；MCT探測器接受吸收池的出射光并轉化為電壓信號，最后由數據采集卡采集并傳輸至計算機進行濃度反演計算，其中：

所述QCL-DFB激光器，用于提供可以覆蓋三氟溴甲烷、五氟乙烷兩種物質吸收峰的窄帶激光；

所述溫度控制器，用于將激光器控制在恒定的工作溫度；

所述信號發生器，用于產生三角波或鋸齒波信號；

所述電流驅動器，用于調節激光器的工作電流，控制輸出激光的波長，并提供過載保護；

所述準直器，用于調整光路，將激光器出射的發散光轉換為平行光束；

所述的合束器，用于將可見紅光與紅外光束耦合；

所述He-Ne激光器，用于發出可見紅光作為指示光束，經過合束器后與反射的紅外光束耦合，方便光路的搭建與調整；

所述氣體吸收池，用于通入待測樣氣，激光光束通過吸收池，由于氣體的吸收作用，光強出現衰減，現場實際測量中也可以采用開放光路；

所述MCT探測器，用于測量吸收后的激光強度，并轉化為電壓信號前置放大后輸出；

所述數據采集卡及數據采集處理系統，用于探測器電壓信號的采集、處理，反演計算得到待測氣體濃度及變化曲線；

溫度控制器將激光器穩定在一個恒定工作溫度，信號發生器產生的低頻鋸齒波掃描信號輸入電流驅動器中對激光器的工作電流進行調制，輸出激光的波長在吸收線附近周期性掃描；激光器出射光經準直器后成為平行光束，由于紅外光不可見，本系統利用合束器將633nm的He-Ne激光器發出的紅色可見光與QCL-DFB激光器發出的光進行光束耦合，方便調節光路且可以進行直觀觀察；入射光束經過氣體吸收池被吸收后，出射光由MCT探測器接受并轉化為電壓信號，最后由數據采集卡采集并傳輸至計算機進行濃度反演計算。

2.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，調整激光器的工作溫度、電流調諧范圍，發射激光可分別在三氟溴甲烷、五氟乙烷的最強吸收線1207.729cm^-1、1209.158cm^-1附近進行連續掃描。

3.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，該測量系統的實施范圍并不局限于這兩種氣體滅火劑，可以擴展到其他含C-F鍵的氣體。

4.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述的準直器安裝在激光器的出光口，使用了ZnSe為基底增加寬帶增透膜的平凸透鏡進行準直。

5.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述的合束器對633nm可見紅光全反射，對8270-8280nm波段的中紅外光透射率為80％左右。

6.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述氣體吸收池兩側窗片選用氟化鋇材料。

7.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，吸收池是可拆卸的結構，在實際使用中可以移去吸收池采用開放光路，實現更快的響應時間、更好的實時性能。

8.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述氣體吸收池的出射光通過的光闌進行減光。

9.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述減光后的出射光，經鍍有金膜的離軸拋物面反射鏡反射、聚焦，焦點位于MCT探測器的探測窗口。

10.如權利要求1所述的基于TDLAS-DAS的飛機氣體滅火劑濃度測量系統，其特征在于，所述MCT探測器采用熱電冷卻方式進行低溫去噪，探測范圍為2-12μm。