手持激光气体浓度监测仪及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种手持激光气体浓度监测仪及其控制方法，所述监测仪包括手持式主机、气室以及气室连接杆；手持式主机和气室通过气室连接杆连接；该手持式主机包括激光光源，与气室相连的信号采集模块，与信号采集模块相连的信号处理模块，位于激光光源和信号处理模块之间的激光光源电流控制模块，分别与信号处理模块相连的第一温度传感器、第二温度传感器和温度补偿模块，以及显示模块；第一温度传感器和温度补偿模块位于激光光源内，第二温度传感器固定于手持式主机上。本发明专利技术基于可调谐半导体激光吸收光谱技术测量气体浓度，同时对激光光源进行温度补偿，稳定了输出激光波长，当前环境温度参与气体浓度运算，实现了对气体浓度的精确测量。

【技术实现步骤摘要】
手持激光气体浓度监测仪及其控制方法
本专利技术属于激光气体传感器领域，涉及一种手持激光气体浓度监测仪及其控制方法。
技术介绍
在现代生产、生活中，随着人们生活水平的提高，人类对生态环境净化的要求也越来越高，因此对于空气中的有害气体的实时检测显得尤为重要。尤其是像煤炭和化工等领域，对空气中有毒、有害气体的监测预报是亟待解决的问题。而激光气体传感器在此领域内的应用及研究正蓬勃发展。激光调制吸收光谱技术传感器已经出现，其优点包括测量精度高、响应速度快等，已逐渐在各个监测领域应用。该传感器利用气体近红外吸收光谱技术为基础，筛选了气体吸收光谱，采用了分布式反馈激光器作为光源，PIN光电二极管为接收。光电二极管接收从气室输出的激光信号后，将其转化为电信号进行信号处理，通过透过气室前后激光光强的变化，推算出气体的浓度，最终输出气体浓度数据。而现有技术中，激光器在工作的过程中，温度会发生改变，造成输出激光波长的漂移，且通常选取常温参与气体浓度的计算，给计算结果带来了误差。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种手持激光气体浓度监测仪及其控制方法，目的在于稳定输出激光波长，当前环境温度参与气体浓度运算，实现对气体浓度的精确测量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供的一种手持激光气体浓度监测仪，包括手持式主机、气室以及气室连接杆；所述手持式主机和气室通过所述气室连接杆连接；所述手持式主机包括激光光源，与所述气室相连的信号采集模块，与所述信号采集模块相连的信号处理模块，位于所述激光光源和信号处理模块之间的激光光源电流控制模块，分别与所述信号处理模块相连的第一温度传感器、第二温度传感器和温度补偿模块，以及显示模块；所述第一温度传感器和温度补偿模块位于激光光源内，第二温度传感器固定于手持式主机上。进一步地，所述手持式主机还包括比例-积分-微分控制器，用于控制所述温度补偿模块对激光光源进行精确的温度补偿。进一步地，所述激光光源电流控制模块包括三角波电流发生器和正弦波电流发生器，所述三角波电流发生器产生的三角波电流和正弦波电流发生器产生的正弦波电流经加法器输入到所述激光光源，所述三角波电流用于扫描吸收谱线，所述正弦波电流用于进行高频调制。进一步地，所述信号采集模块包括与所述气室连接的光电探测器，用于将激光信号转换为电信号；与所述光电探测器连接的前置放大器，用于放大微弱的电信号；与所述前置放大器连接的滤波电容，用于隔离直流信号及滤除低频噪声；与所述滤波电容连接的带通滤波器，用于滤除带外噪声；位于所述带通滤波器和信号处理模块之间的模数转换器；位于所述前置放大器和模数转换器之间的锁相放大器，用于提供二次谐波信号；以及一端与所述带通滤波器和模数转换器连接的滤波电感，用于进一步滤除低频噪声。进一步地，所述手持式主机还包括充电电池，用于给所述手持式主机内各模块供电。进一步地，所述气室为光光耦合气室，包括气室外管、设置在气室外管两端的光纤准直器和安装在光纤准直器上的光法兰；所述气室外管壁上开有通气孔。另一方面，本专利技术实施例提供的一种手持激光气体浓度监测仪的控制方法，包括如下步骤：信号处理模块通过第一温度传感器测量激光光源的温度，将所测温度和预设温度相比较后，通过温度补偿模块给激光光源升温或降温，并通过第二温度传感器测量当前环境温度；信号处理模块通过激光光源电流控制模块驱动激光光源进行激光调制波长扫描；信号采集模块接收从气室输出的激光信号，对其进行信号采集；信号处理模块接收信号采集模块采集的信号，进行气体浓度计算；信号处理模块通过显示模块将气体浓度计算结果显示出来。进一步地，所述信号采集模块接收从气室输出的激光信号，对其进行信号采集包括：光电探测器接收从气室输出的激光信号，将其转换为电信号；前置放大器对微弱的电信号进行放大；滤波电容隔离放大电信号中的直流信号以及滤除低频噪声；带通滤波器滤除放大电信号中的带外噪声；滤波电感进一步滤除放大电信号中的低频噪声；锁相放大器产生二次谐波信号；模数转换器对滤除噪声后的电信号及二次谐波信号进行模数转换。进一步地，所述进行气体浓度计算之前，还包括：信号处理模块自动寻找吸收峰的频率，并计算该频率下激光的透射率。进一步地，还包括：超过预设时间手持激光气体浓度监测仪无操作时，信号处理模块将充电电池断电。与现有技术相比，本专利技术技术方案的优点是：本专利技术提供的一种手持激光气体浓度监测仪及其控制方法，基于可调谐半导体激光吸收光谱技术测量气体浓度，测量精度高、响应速度快，同时通过温度补偿模块对激光光源进行温度补偿，稳定了输出激光波长，当前环境温度参与气体浓度运算，实现了对气体浓度的精确测量。附图说明下面将通过参照附图详细描述本专利技术的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本专利技术的上述及其他特征和优点，附图中：图1为本专利技术实施例一提供的手持激光气体浓度监测仪的结构框图；图2为本专利技术实施例一提供的手持激光气体浓度监测仪的结构示意图；图3为本专利技术实施例二提供的手持激光气体浓度监测仪的结构示意图；图4为本专利技术实施例三提供的手持激光气体浓度监测仪的控制方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本专利技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本专利技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一图1给出了本专利技术实施例一提供的手持激光气体浓度监测仪的结构框图；图2给出了本专利技术实施例一提供的手持激光气体浓度监测仪的结构示意图，本实施例可用于对井下环境的气体浓度进行监测，适用于对水汽、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨气等多种气体的检测。如图1、图2所示，该手持激光气体浓度监测仪包括手持式主机10、气室12以及气室连接杆11；手持式主机10和气室12通过气室连接杆11连接；手持式主机10包括激光光源20，与气室12相连的信号采集模块21，与信号采集模块21相连的信号处理模块22，位于激光光源20和信号处理模块22之间的激光光源电流控制模块23，分别与信号处理模块22相连的第一温度传感器24、第二温度传感器25和温度补偿模块27，以及显示模块27；第一温度传感器24和温度补偿模块27位于激光光源20内，第二温度传感器25固定于手持式主机上。其中，气室12用于待测气体对激光进行光谱吸收，该气室12挂在较长的气室连接杆11的前端，保障了仪器和人员的安全；信号采集模块21用于接收从气室输出的激光信号，对其进行信号采集；信号处理模块22用于控制激光光源电流控制模块23改变激光光源20的控制电流，处理第一温度传感器24、第二温度传感器25的温度信号和信号采集模块21输出的气体浓度信号，并通过内部算法，算出气体浓度，最后将气体浓度数据输出到显示模块27；温度补偿模块27用于给激光光源20升温或降温；第一温度传感器24用于测量激光光源20的温度，第二温度传感器25用于测量当前环境温度。其中，激光光源20可采用半导体激光器、光纤激光器等。示例性的，本实施例针对甲烷吸收光谱，采用1653nm附近波长的分布反馈蝶形激光器作为激光光源20。手持式主机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手持激光气体浓度监测仪，其特征在于，包括手持式主机、气室以及气室连接杆；所述手持式主机和气室通过所述气室连接杆连接；所述手持式主机包括激光光源，与所述气室相连的信号采集模块，与所述信号采集模块相连的信号处理模块，位于所述激光光源和信号处理模块之间的激光光源电流控制模块，分别与所述信号处理模块相连的第一温度传感器、第二温度传感器和温度补偿模块，以及显示模块；所述第一温度传感器和温度补偿模块位于激光光源内，所述第二温度传感器固定于所述手持式主机上。

【技术特征摘要】
2014.12.15 CN 20141077814921.一种手持激光气体浓度监测仪，其特征在于，包括手持式主机、气室以及气室连接杆；所述手持式主机和气室通过所述气室连接杆连接；所述手持式主机包括激光光源，与所述气室相连的信号采集模块，与所述信号采集模块相连的信号处理模块，位于所述激光光源和信号处理模块之间的激光光源电流控制模块，分别与所述信号处理模块相连的第一温度传感器、第二温度传感器和温度补偿模块，以及显示模块；所述第一温度传感器和温度补偿模块位于激光光源内，所述第二温度传感器固定于所述手持式主机上；其中，所述信号处理模块通过电桥电路从第二温度传感器上连续采集环境温度，并参与大气浓度的运算。2.根据权利要求1所述的手持激光气体浓度监测仪，其特征在于，所述手持式主机还包括比例-积分-微分控制器，用于控制所述温度补偿模块对激光光源进行精确的温度补偿。3.根据权利要求2所述的手持激光气体浓度监测仪，其特征在于，所述激光光源电流控制模块包括三角波电流发生器和正弦波电流发生器，所述三角波电流发生器产生的三角波电流和正弦波电流发生器产生的正弦波电流经加法器输入到所述激光光源，所述三角波电流用于扫描吸收谱线，所述正弦波电流用于进行高频调制。4.根据权利要求3所述的手持激光气体浓度监测仪，其特征在于，所述信号采集模块包括与所述气室连接的光电探测器，用于将激光信号转换为电信号；与所述光电探测器连接的前置放大器，用于放大微弱的电信号；与所述前置放大器连接的滤波电容，用于隔离直流信号及滤除低频噪声；与所述滤波电容连接的带通滤波器，用于滤除带外噪声；位于所述带通滤波器和信号处理模块之间的模数转换器；位于所述前置放大器和模数转换器之间的锁相放大器，用于提供二次谐波信号；以及一端与所述带通滤波器和模数转换器连接的滤波电感，用于进一步滤除低频噪声。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，常洋，芮雪，
申请(专利权)人：北京航天易联科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11