[發(fā)明專利]一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111498874.0
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114018870A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡波;李向陽;高永濤;劉帥強
• 申請（專利權(quán)）人: 河南鑫宇光科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 焦作市科彤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41133
• 代理人: 楊曉彤

1.一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，包括導(dǎo)熱殼體，其特征在于：所述導(dǎo)熱殼體內(nèi)固定有調(diào)頻激光器、激光驅(qū)動電路、光電探測器、信號處理電路、發(fā)射光學(xué)透鏡、接收光學(xué)透鏡及反射鏡；

所述調(diào)頻激光器與激光驅(qū)動電路連接，所述光電探測器與信號處理電路連接；所述發(fā)射光學(xué)透鏡設(shè)置在調(diào)頻激光器的發(fā)射端，所述接收光學(xué)透鏡設(shè)置在光電探測器的光敏面處，所述發(fā)射光學(xué)透鏡與接收光學(xué)透鏡之間設(shè)置至少一面反射鏡，所述調(diào)頻激光器發(fā)射的激光經(jīng)過發(fā)射光學(xué)透鏡準(zhǔn)直后到達反射鏡，在被測氣體環(huán)境下被反射鏡反射形成折返光路最后到達接收光學(xué)透鏡，被接收光學(xué)透鏡匯聚在光電探測器的光敏面上；

所述激光驅(qū)動電路用于控制調(diào)頻激光器發(fā)射激光，所述發(fā)射光學(xué)透鏡用于對調(diào)頻激光器發(fā)射的光進行準(zhǔn)直，所述反射鏡用于在被測氣體環(huán)境下對發(fā)射光學(xué)透準(zhǔn)直后的光進行反射形成多段折返光路后到達接收光學(xué)透鏡，所述接收光學(xué)透鏡用于將接收的光匯聚到光電探測器的光敏面處，所述光電探測器用于將匯聚到光電探測器的光敏面上的光信號轉(zhuǎn)化為光電流，所述信號處理電路用于對光電探測器的光電流進行采樣、放大和處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，其特征在于：所述導(dǎo)熱殼體內(nèi)設(shè)有相互分隔的電子元件倉及光路倉；所述信號處理電路及激光驅(qū)動電路均設(shè)置在電子元件倉內(nèi)，所述調(diào)頻激光器、反射鏡、光電探測器、發(fā)射光學(xué)透鏡、接收光學(xué)透鏡均設(shè)置在光路倉內(nèi)，所述光路倉上設(shè)有進氣端，所述進氣端設(shè)有氣體過濾器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，其特征在于：所述調(diào)頻激光器與制冷器、溫度探測器及發(fā)射光學(xué)透鏡封裝為一體后固定在散熱底座上，制冷器與溫度探測器連接；封裝后的調(diào)頻激光器上設(shè)有法拉第隔離器；所述光電探測器與接收光學(xué)透鏡封裝為一體，所述發(fā)射光學(xué)透鏡與接收光學(xué)透鏡之間設(shè)置有至少一面反射鏡，發(fā)射光學(xué)透鏡準(zhǔn)直后的光經(jīng)反射鏡反射后到達接收光學(xué)透鏡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，其特征在于：所述導(dǎo)熱殼體包括底座及上蓋，所述上蓋固定在底座上并與底座之間形成容納腔，所述調(diào)頻激光器、反射鏡、光電探測器、發(fā)射光學(xué)透鏡、接收光學(xué)透鏡均固定在容納腔內(nèi)，所述上蓋的兩側(cè)對應(yīng)設(shè)置有反射鏡，所述上蓋上設(shè)有開放狀態(tài)的氣室，所述氣室對應(yīng)反射鏡的上蓋的兩側(cè)上設(shè)有透光孔，所述發(fā)射光學(xué)透鏡位于氣室一側(cè)后端的透光孔處，接收光學(xué)透鏡位于氣室另一側(cè)前端的透光孔處，其余透光孔與反射鏡之間形成的光路相配合；所述底座上固定有金屬印刷電路板，信號處理電路及激光驅(qū)動電路均集成在金屬印刷電路板上，所述調(diào)頻激光器的激光器基板上安裝有互相連接的溫度探測器及溫度控制器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，其特征在于：所述信號處理電路利用等權(quán)重數(shù)字采樣方法對光電流進行采樣處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種調(diào)頻激光吸收光譜氣體探測裝置，其特征在于：所述信號處理電路利用等權(quán)重數(shù)字采樣方法對光電流進行采樣處理包括以下步驟：

步驟一，信號處理電路獲取調(diào)頻激光器頻率跨越被測氣體吸收頻譜峰時的光電探測器的光電流的信號；

步驟二，根據(jù)步驟一中信號處理電路獲取的所述光電流信號得到對應(yīng)的參考信號；

步驟三，設(shè)置光電流信號累加的權(quán)重與每次采樣信號對結(jié)果貢獻的權(quán)重相等，并基于所述采樣信號確定每個采樣時間，各所述采樣時間之間的間隔不等；

步驟四，信號處理電路根據(jù)步驟三中各采樣時間對所述光電流信號進行采樣得到檢出信號，然后基于所述檢出信號進行計算得到待檢測氣體的濃度。