一种酒驾遥感快速激光自动预检装置制造方法及图纸

一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，涉及一种乙醇气体浓度检测装置，它解决了现有预检装置在检测过程中产生的超噪声和调制中产生的能量漂移的抑制效果很差，从而影响激光能量的测量精度的问题，该装置包括激励激光器、探测激光器、调制信号发生单元、激光器驱动控制单元、会聚透镜、激励激光准直器、探测激光准直器、光电探测器、探测器预处理电路、锁相放大检测单元、数据采集与处理单元以及光纤；通过本发明专利技术装置可有效的对路面过往车辆内的乙醇浓度进行预检，交警可通过预检结果进行有针对性的排查，提高执法效率，节省警力资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种乙醇气体浓度检测装置，具体涉及一种酒驾遥感快速激光自动预检装置。
技术介绍
近年来，我国酒后驾车所导致的惨烈车祸在屡屡曝光之后而又频频发生。传统排查方式和检验设备一“呼吸式酒精检测仪”无针对性、效率低，还影响路面车辆正常行使， 同时也造成了大量一次性检验设备和警力资源的浪费。专利公开号为CN101936896A的专利文件公开了一种乙醇气体浓度激光遥测装置，由激光器控制和发射系统与信号接收、分析及显示系统组成。其实质是一种应用可调谐半导体二级管激光吸收光谱技术(TDLAS)对酒精浓度进行检测的装置。这种检测技术对于检测过程中所产生的超噪声和调制中所产生的能量漂移的抑制效果很差，这将影响激光能量的测量精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种酒驾遥感快速激光自动预检装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，包括激励激光器、探测激光器、调制信号发生单元、激光器驱动控制单元、会聚透镜、激励激光准直器、探测激光准直器、光电探测器、探测器预处理电路、锁相放大检测单元、数据采集与处理单元以及光纤I和光纤II ；所述激励激光准直器和探测激光准直器安装在会聚透镜中心位置；所述调制信号发生单元通过信号传输线与激光器驱动控制单元连接；激光器驱动控制单元通过信号传输线分别与激励激光器和探测激光器连接；所述激励激光器通过光纤I与激励激光准直器连接；所述探测激光器通过光纤II与探测激光器准直器连接；所述光电探测器设置在会聚透镜的焦点位置；所述光电参测器通过信号传输线依次与探测器预处理电路、锁相放大检测单元、数据采集与处理单元相连接；所述调制信号发生单元还通过信号传输线与锁相放大检测单元相连接。本专利技术工作原理本专利技术所述的激光器驱动控制单元根据调制信号发声单元发出的调制信号对激励激光器进行斩波调制，激励激光器发出光强随调制信号周期变化的激励激光，该激励激光的波长处在乙醇的吸收峰，激励激光经过光纤I传输通过激励激光准直器对外发射；这束强度周期性变化的激光照射到乙醇气体分子上，由于乙醇气体分子吸收激励激光后通过无辐射驰豫将产生周期变化的热场分布。同时，激光器驱动控制单元驱动探测激光器发出的探测激光，该探测激光的波长不处在乙醇的吸收峰，探测激光通过光纤 II后经探测激光准直器对外发射，通过热场区域后将会形成同频率周期变化的光热反射信号。此光热反射信号是交变温度场和乙醇气体浓度的加权和，通过对激励激光和光热反射信号的锁相放大检测，即可以得到由光热反射信号所表征的被测乙醇气体的浓度信息。光热反射信号通过会聚透镜会聚在光电探测器上，光电探测器将光信号转变成电信号，再依次经过探测器预处理电路、锁相放大检测单元、数据采集与处理单元后输出最终被测乙醇气体的浓度数据。本专利技术的检测手段采用激光诱导光热反射光谱检测技术(Laser ReflexPhoto-Thermal Spectrometry)简称为LRPTS技术。是一种基于物质吸收特征波长激光后，通过无辐射弛豫所产生的热效应来进行检测的一类光谱分析方法，现已成为气态和凝聚态物质的高灵敏检测技术，多应用于材料、环境和生物等领域。光热反射光谱技术是一种探测“光激励热效应”的方法，可探测与温度有关的各种物理参数，如压力波、折射系数及吸收系数的变化等，还可监测同时发生的动态变化，是一种非接触性和非破坏性测量的检测方法，其所产生的各种效应如图2所示光热反射法检测气体浓度的原理是，将一束波长处于被测气体吸收峰处的激光进行光强调制，以获得一束光强度随调制信号发生周期性变化的激光，称此光束为“诱导激光”，或“激励激光”。将这束强度周期变化的“激励激光”入射到被测气体上，由于此激光光束的波长处于被测气体的吸收峰处，所以将会被气体强烈吸收，由此将光能转化为热能，最终被测气体将通过无辐射弛豫产生一个周期变化的热场分布。此时再由另一束波长不处于被测气体吸收峰处的“探测激光”入射到这一区域，在其经过这一区域时将会形成同频率周期变化的光热反射信号。通过对光热反射信号和入射光信号进行锁相放大检测，就可以得到被测气体的浓度信息。乙醇气体吸收峰的确定在本专利技术中至关重要，一个合适的特征吸收峰位与其它干扰物质分子(主要是水，玻璃等)的吸收峰不重叠。这个峰位的选取在宏观上来讲有三个波段可供选择，分别是紫外、可见、红外这三个波段。紫外波段的激光对人体伤害太大，不可取。太阳光会对可见光波段的激光产生严重的不可避免的检测影响，因此亦不可取。作为红外波段的光线，小功率的红外光对人体是没有危害的，并且在我们进行酒驾检测的环境中，所存在的红外干扰光线很少，所以相比之下选择红外波段作为检测波段是不二之选。在实验中，对乙醇做红外850-1000nm波段吸收光谱扫描发现，乙醇存在3个明显的峰位，其分别位于905nm、935nm和960nm处，如图3所示。乙醇在905nm处出现甲基的C-H伸缩振动 3倍频吸收带，在935nm处的肩峰是亚甲基的C-H伸缩振动3倍频吸收带，在960nm左右出现乙醇中O-H的3倍频吸收带。对于935nm处的肩峰来讲，其代表了被测乙醇中的杂质吸收，不适合用作对乙醇的特征检测；对于960nm处的O-H吸收带来讲，水的吸收峰也位于此处，其将会对被测乙醇形成严重的干扰，因此也不适合于选择此处对乙醇进行特征检测；最后对于905nm处的C-H吸收带来讲，其所代表的是甲基的C-H伸缩振动3倍频吸收带，在此位置处其吸收谱线比较单一，少有其它物质吸收谱线的干扰，因此本专利技术中激光器核心激励光源的波长为905nm。通过对乙醇吸收谱线的分析，可以看到其在1064nm处不存在特征吸收峰，因此本专利技术将1064nm确定为激光诱导光热反射光谱检测技术中乙醇气体的探测光源波长。进一步地，因为本专利技术的目标是对汽车内气体进行远程遥感探测，进而检测其内部是否含有酒精成分，从而实现激光酒驾预检。为了进行激光的远距离探测，所以需要激光器的发射功率要相对大一些(在对人体不产生任何伤害的最低限度下)、发散角相对要小一些；作为整个应用系统而言，其系统结构要相对简明一些，体积要相对小一些，以便于移动和安装调试，方便于实际应用。因此通过对比气体激光器、全固态激光器和半导体激光器这几类常见的激光器，半导体激光器在系统结构和体积上独占优势，而作为半导体激光器家族成员的“垂直腔面发射激光器”更是在发射功率和发散角方面具备无可比拟的优点，因此本专利技术优选“垂直腔面发射激光器”。垂直腔面发射激光器是一种垂直表面出光的新型激光器，其光束是圆形对称的，不需要复杂的光束整形系统，光纤耦合效率远高于普通边发射激光器。同时由于是表面出光，很容易制成二维列阵，散热结构简单，易于获得高功率的输出O本专利技术所采用的激光诱导光热反射光谱检测技术(LRPTS)因其工作机理方面的特性，决定了其在去除噪声和提高测量精度方面具有独特的优势。超噪声是在光电探测器上产生的随机电流波动。本专利技术通过对激励激光和探测激光所产生的探测信号进行差分处理，在差分过程中去除了被测信号的直流部分和超噪声部分，准确地再现了被测信号的周期变化信息。本专利技术的有益效果本专利技术给出了具体的适合检验酒驾的激励激光器和探测激光器，并确定了核心光源，同时给出了其他部件的具体构造。通过本专利技术装置可有本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征是：包括激励激光器（１０１）、探测激光器（１０２）、调制信号发生单元（２）、激光器驱动控制单元（３）、会聚透镜（４）、激励激光准直器（５０１）、探测激光准直器（５０２）、光电探测器（６）、探测器预处理电路（７）、锁相放大检测单元（８）、数据采集与处理单元（９）以及光纤Ｉ（１００１）和光纤ＩＩ（１００２）；所述激励激光准直器（５０１）和探测激光准直器（５０２）安装在会聚透镜（４）中心位置；所述调制信号发生单元（２）通过信号传输线与激光器驱动控制单元（３）连接；激光器驱动控制单元（３）通过信号传输线分别与激励激光器（１０１）和探测激光器（１０２）连接；所述激励激光器（１０１）通过光纤Ｉ（１００１）与激励激光准直器（５０１）连接；所述探测激光器（１０２）通过光纤ＩＩ（１００２）与探测激光器准直器（５０２）连接；所述光电探测器（６）设置在会聚透镜（４）的焦点位置；所述光电参测器（６）、探测器预处理电路（７）、锁相放大检测单元（８）、数据采集与处理单元（９）通过信号传输线依次连接；所述调制信号发生单元（２）还通过信号传输线与锁相放大检测单元（８）相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征是包括激励激光器(101)、探测激光器(102)、调制信号发生单元(2)、激光器驱动控制单元(3)、会聚透镜(4)、激励激光准直器(501)、探测激光准直器(502)、光电探测器(6)、探测器预处理电路(7)、锁相放大检测单元(8)、数据采集与处理单元(9)以及光纤1(1001)和光纤11(1002)；所述激励激光准直器(501)和探测激光准直器(502)安装在会聚透镜(4)中心位置；所述调制信号发生单元 (2)通过信号传输线与激光器驱动控制单元(3)连接；激光器驱动控制单元(3)通过信号传输线分别与激励激光器(101)和探测激光器(102)连接；所述激励激光器(101)通过光纤I (1001)与激励激光准直器(501)连接；所述探测激光器(102)通过光纤II (1002)与探测激光器准直器(502)连接；所述光电探测器(6)设置在会聚透镜(4)的焦点位置；所述光电参测器(6)、探测器预处理电路(7)、锁相放大检测单元(8)、数据采集与处理单元(9)通过信号传输线依次连接；所述调制信号发生单元(2)还通过信号传输线与锁相放大检测单元⑶相连接。2.根据权利要求1所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于所述激励激光器(101)的核心光源处在乙醇气体吸收峰上，优选905nm可调谐垂直腔面发射激光器；所述探测激光器(102)核心光源不处在乙醇气体吸收峰上，优选1064nm可调谐垂直腔面发射激光器。3.根据权利要求1或2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于 所述激光器驱动控制单元(3)根据调制信号发生单元(2)发出的调制信号对激励激光器 (101)进行斩波调制；所述激励激光器(101)发出光强随调制信号周期变化的激励激光。4.根据权利要求1所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于所述激光器驱动控制单元(3)包括ARM微控制器。5.根据权利要求1所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于所述光电探测器(6)为红外锗探测器。6.根据权利要求1所述的一种酒驾遥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，王立军，曹军胜，宁永强，刘云，秦莉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82