[實用新型]開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720119385.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN207036686U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 張勁松;張帥;施奇兵
• 申請（專利權）人: 安徽藍盾光電子股份有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及環(huán)境氣體檢測領域，具體涉及開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術

光學法對氣體監(jiān)測主要是基于光譜吸收原理，主要方法有非分散紅外吸收法、傅里葉紅外光譜法、可調諧半導體激光吸收光譜法(TDLAS)等。非分散紅外吸收法是利用氣體分子受到紅外輻射時，將吸收各自特征波長的紅外光，通過測量吸收波長和吸光值即可確定氣態(tài)物質的濃度，但該系統(tǒng)穩(wěn)定性差，長期漂移大；傅里葉紅外光譜技術可以同時測量多種物質的成分和濃度，精度也高，但其價格昂貴，操作復雜；TDLAS技術利用可調諧半導體激光器窄線寬和波長可調諧特性，實現(xiàn)對氣體分子單根吸收線在線監(jiān)測，有待測氣體選擇性強、使用壽命長、標定簡單、維護量小等優(yōu)點，且隨著半導體激光器的商業(yè)化，其系統(tǒng)成本也會降低。

雖然，國外對于氣體檢測技術的研究和應用，一些發(fā)達國家起步比較早，研究出了很多的氣體檢測方法，并有一些已經(jīng)應用到實踐中。但是考慮到目前國內的氣體濃度檢測儀市場，都是一些國外的產(chǎn)品所占據(jù)著，其價格相當昂貴，在國內研發(fā)氣體檢測儀器勢在必行。

開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)就是基于TDLAS技術，實現(xiàn)對大氣環(huán)境中氣體污染物的濃度進行實時監(jiān)測，激光經(jīng)過準直，進入氣體介質，再由角反射鏡、菲涅爾透鏡進行反射、匯聚，最終經(jīng)過氣體介質吸收后的光信號被探測器3轉化為電信號，可獲得待測氣態(tài)污染物紅外波段某個特征的吸收光譜，最終反演出氣體介質的濃度信息。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種一種開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于開放式長光程的可調諧半導體激光吸收光譜技術和DFB激光器波長鎖定技術，利用激光器待測氣體的吸收，通過對氣體分子的吸收光譜進行多參數(shù)擬合算法，實現(xiàn)對目標氣體的定性或者定量分析的開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供開放式長光程激光氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光氣體分析儀和開放式長光程光機系統(tǒng)兩部分，激光氣體分析儀內設有激光器驅動板、主控制板、信號處理板、探測器板等電路、光纖分束部分和LCD工業(yè)串口屏，其中激光器驅動板可根據(jù)測量需求選擇合適的半導體激光器，更改溫度和電流控制的參數(shù)值，保證激光器的正常工作；主控制板的功能包括產(chǎn)生激光器掃描信號、激光器的波長鎖定、外光路信號檢測并根據(jù)擬合算法計算反演出激光氣體的濃度、步進電機組件的標定控制、多路數(shù)據(jù)通信與輸出等；信號處理板將接收外光路微弱探測信號進行放大濾波處理，與探測器板的參考光路信號組成自平衡處理電路，有效降低外光路信號中的干擾成分，極大的提高信噪比，提升最低檢測線；光纖分束部分包括光纖分束器、準直透鏡和光纖耦合器，將激光器的激光輸出分為內光路、參考光路和外光路三部分；LCD工業(yè)串口屏具有濃度顯示、參數(shù)修改和標定控制等功能。開放式長光程光機系統(tǒng)中設置有光纖準直耦合器、菲涅爾透鏡、反射鏡組件、步進電機組件、楔形窗片、角反射鏡和機械調節(jié)座，調節(jié)機械調整座進行光路的對準，激光經(jīng)過準直直射到開放式長光程光路中并被角反射鏡反射沿原光路返回到達菲涅爾透鏡，光路匯聚后到達探測器，送入到分析儀中進行激光氣體的濃度反演；控制步進電機組件轉動反射鏡，使得光路經(jīng)過反射鏡到達探測器，進行系統(tǒng)的系數(shù)標定，提高測量精度。

優(yōu)選的，所述激光氣體分析儀中光纖分束部分由光纖分束器、準直透鏡和光纖耦合器構成，光纖分束器有5％/95％和50％/50％兩種組成，激光器的出射光經(jīng)光纖耦合器接入5％/95％光纖分束器的輸入端，輸出端中95％部分作為外光路用光纖接入到開放式長光程光機系統(tǒng)中，5％部分再接入到50％/50％光纖分束器的輸入端，輸出端一分為二分別用于波長鎖定和參考光路。

優(yōu)選的，所述激光氣體分析儀中信號處理板采用自動增益控制處理電路，其原理為外光路探測信號進行I/V轉換后，通過多路模擬開關選通放大倍數(shù)(初始默認為1檔)，根據(jù)光強信號的大小自動選擇放大倍數(shù)的檔位，實現(xiàn)了大氣環(huán)境變化劇烈時，外光路光強不會過低或飽和。

優(yōu)選的，所述激光氣體分析儀中信號處理板采用自平衡處理電路，其原理為單片機實時采集外光路信號強度，參考光路信號強度做程控衰減，與外光路信號強度相匹配，再將兩路信號相減并放大A倍，相當于提高了光譜吸收強度A倍，最后做濃度反演運算時除去光譜放大的倍數(shù)，得到實際的濃度，該原理大大的提升了最低檢測線。