[發(fā)明專利]一種煙道氨濃度激光在線檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810742790.9
• 申請(qǐng)日: 2018-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN108982399B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈巍;何瑩;張玉鈞;劉建國(guó);劉文清;葉英杰;黃雅琴;張潤(rùn)梅;丁琨;雷經(jīng)發(fā);張濤;汪方斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽建筑大學(xué);中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504
• 代理公司: 廣州市天河廬陽(yáng)專利事務(wù)所(普通合伙) 44244
• 代理人: 胡濟(jì)元

1.一種煙道氨濃度激光在線檢測(cè)系統(tǒng)，該激光在線檢測(cè)系統(tǒng)包括溫壓一體傳感器、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜檢測(cè)裝置和相對(duì)安裝在煙道的左右兩側(cè)的發(fā)射光學(xué)探頭與接收光學(xué)探頭，其中所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜檢測(cè)裝置包括半導(dǎo)體激光器、激光器控制器、掃描信號(hào)電路、分束器、標(biāo)準(zhǔn)吸收池、第二探測(cè)器、變形鏡控制單元、比較放大電路和數(shù)據(jù)采集處理器；其特征在于，

所述的發(fā)射光學(xué)探頭包括具有窗口鏡的圓柱形的保護(hù)筒，該保護(hù)筒內(nèi)相對(duì)設(shè)有傾斜安裝的反射式變形鏡、支承該反射式變形鏡的支座和激光準(zhǔn)直器；其中，所述窗口鏡的中心線經(jīng)過所述反射式變形鏡的反射鏡面中心；所述的激光準(zhǔn)直器由三維調(diào)整架支承在所述保護(hù)筒的側(cè)壁上，且其發(fā)射端的中心線也經(jīng)過所述反射式變形鏡的反射鏡面的中心；

所述掃描信號(hào)電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)接入激光器控制器，控制半導(dǎo)體激光器輸出中心波長(zhǎng)為氨氣紅外吸收波長(zhǎng)的激光，該激光由分束器分成檢測(cè)光和參考光；其中，所述的檢測(cè)光射入發(fā)射光學(xué)探頭內(nèi)先準(zhǔn)直再由所述反射式變形鏡變形后射出，然后經(jīng)過煙道到達(dá)接收光學(xué)探頭內(nèi)，由接收光學(xué)探頭內(nèi)的第一探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入比較放大電路的正向輸入端；所述的參考光經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)吸收池后由第二探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入比較放大電路的反向輸入端；

所述的檢測(cè)光和參考光所轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)比較放大電路比較放大后輸出光譜信號(hào)接入所述變形鏡控制單元，該變形鏡控制單元將所接收的光譜信號(hào)采用隨機(jī)并行梯度下降法進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解和該最優(yōu)解所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓；其中，所述的最優(yōu)解送入數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行濃度反演，計(jì)算出煙道中氨氣的濃度；所述的驅(qū)動(dòng)電壓送至所述反射式變形鏡的壓電致動(dòng)器，控制反射式變形鏡的鏡面形狀；其中所述的隨機(jī)并行梯度下降法包括以下步驟：

(1)啟動(dòng)所述的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)后，所述的變形鏡控制單元建立如下式(Ⅰ)所示的光譜信號(hào)強(qiáng)度的目標(biāo)函數(shù)y_tx和如下式(Ⅱ)迭代運(yùn)算表達(dá)式：

y_tx＝f(v)＝f[(v₁,v₂,v₃,......,v_m)] (Ⅰ)

vⁿ＝kⁿΔvⁿΔy_txⁿ (Ⅱ)

上式(Ⅰ)中，m為反射式變形鏡的壓電致動(dòng)器的序號(hào)，v＝(v₁,v₂,v₃,.....,v_m)，v₁～v_m分別為反射式變形鏡的相應(yīng)壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓；

上式(Ⅱ)中，n為迭代次數(shù)，vⁿ＝(v₁ⁿ,v₂ⁿ,v₃ⁿ,......,v_mⁿ)，Δvⁿ為所述壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓的隨機(jī)擾動(dòng)變量，Δy_txⁿ為比較放大電路所輸出的光譜信號(hào)強(qiáng)度的隨機(jī)擾動(dòng)變量，kⁿ為放大倍數(shù)并由下式(Ⅲ)計(jì)算得到：

kⁿ＝qk^n-1 (Ⅲ)

上式(Ⅲ)中，q＝0.91；

(2)所述的變形鏡控制單元接收到比較放大電路輸出的光譜信號(hào)后，按以下步驟對(duì)上式(Ⅱ)進(jìn)行迭代運(yùn)算：

(2.1)當(dāng)n＝1時(shí)，設(shè)置：kⁿ＝1.2，Δvⁿ＝0.5V，Δy_txⁿ＝1000mV，按公式(Ⅱ)計(jì)算vⁿ并輸出，得到本次迭代的光譜信號(hào)強(qiáng)度y_txⁿ，完成第一次迭代；

(2.2)當(dāng)n≥2時(shí)，每一步都先對(duì)上一步比較放大電路輸出的光譜信號(hào)的強(qiáng)度變化趨勢(shì)進(jìn)行如下判斷：

如果前一次迭代的光譜信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)擾動(dòng)變量Δy_tx^n-1＜0，則令Δvⁿ＝-0.5V，并按公式(Ⅱ)計(jì)算vⁿ并輸出，得到本次迭代的光譜信號(hào)強(qiáng)度y_txⁿ，然后進(jìn)入下一步迭代運(yùn)算；

如果前一次迭代的光譜信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)擾動(dòng)變量Δy_tx^n-1≥0，先按公式(Ⅲ)計(jì)算kⁿ值，再按公式(Ⅱ)計(jì)算出vⁿ并輸出，得到本次迭代的光譜信號(hào)強(qiáng)度y_txⁿ，然后進(jìn)入下一步迭代運(yùn)算；

(2.3)按步驟(2.2)逐步進(jìn)行迭代運(yùn)算至預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)后，選擇目標(biāo)函數(shù)y_tx的最大值作最優(yōu)解送入數(shù)據(jù)采集處理器，同時(shí)將該最優(yōu)解所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓送至所述反射式變形鏡相應(yīng)的壓電致動(dòng)器，完成第一個(gè)迭代循環(huán)；

(3)循環(huán)執(zhí)行步驟(2.2)和(2.3)，直至所述的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)閉。