一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统，包括中央处理器、光驱动与光源模块、半导体制冷器、光纤准直器、防尘泵吸模块、检测接收模块和显示器，所述光驱动与光源模块包括电流波形发生器和DFB激光器，所述检测接收模块包括光电探测器、前置放大器和锁相放大器。本实用新型专利技术基于TDLAS原理，特定波长激光器发出的激光只会被特定的气体吸收，选择性高，可以有效地避免背景气体吸收的干扰；氨气具有极强的吸附性，通过引入烧结滤芯和泵吸仪，既可以消除氨气溶于水的影响，同时，也有效的避免氨气吸附在气室表面而造成的读数不准。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及气体检测领域，具体涉及一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统。
技术介绍
近年来，随着化肥和沼气在我国农村的使用越发普及，室内装饰材料中氨含量严重超标，化工厂氨气泄露事故屡有发生，水污染造成水体氨氮含量过剩。由于上述原因，氨气污染对人们的生活造成了一定的影响。氨气，作为一种无色、有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水生成氨水。此外，氨气经过皮肤和呼吸道进入人体极易引起中毒，对眼、喉、上呼吸道等有强烈的刺激作用。现有的氨气检测装置的缺陷在于：(1)易受干扰气体的影响造成测量精度不准；(2)零点漂移比较大；(3)检测方式采用自然扩散式，不能主动检测被测区域的氨气气体浓度。因此，实时、准确检测氨气气体的浓度，对人们的生活和财产安全有着极其重要的现实和经济意义。
技术实现思路
本技术提供了一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统，能够克服现有技术中的缺点，实现对氨气的实时、准确检测，对气体特别是氨气的安全监测意义重大。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供了一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统，包括中央处理器、光驱动与光源模块、半导体制冷器、光纤准直器、防尘泵吸模块、检测接收模块和显示器，所述光驱动与光源模块包括电流波形发生器和DFB激光器，所述检测接收模块包括光电探测器、前置放大器和锁相放大器；所述中央处理器控制所述电流波形发生器产生电流信号，该电流信号驱动DFB激光器进行工作，同时，电流波形发生器输出与产生的电流信号相位同步的参考电流信号，所述半导体制冷器将所述DFB激光器的工作温度调节到设定工作温度，在该设定工作温度下，DFB激光器的工作波长处于氨气的吸收线位置。DFB激光器发射出的激光经过光纤准直器达到防尘泵吸模块，防尘泵吸模块包括气室以及设置于气室进气口处的烧结滤芯和设置于气室出气口出的泵吸仪，通过输气管向气室内输送氨气，通过烧结滤芯滤除氨气中的灰尘和水汽，所述泵吸仪用于加快氨气的进气速率，所述光电探测器接收经过气室内氨气吸收后的出射激光，并将光信号转换为电信号，依次经过前置放大器的放大和锁相放大器的处理，达到中央处理器，经过中央处理器得到氨气浓度值，并在显示器上显示氨气的浓度值。本技术的有益效果为：氨气具有极强的吸附性，通过引入烧结滤芯和泵吸仪，既可以消除氨气溶于水的影响，同时，也有效的避免氨气吸附在气室表面而造成的读数不准。在上述技术方案的基础上，本技术还可以作如下改进。进一步的，所述DFB激光器为中心波长1512nm的DFB激光器。所述进一步的有益效果为：基于TDLAS原理，特定波长激光器发出的激光只会被特定的气体吸收，选择性高，可以有效地避免背景气体吸收的干扰；进一步的，所述烧结滤芯的过滤精度为20～50nm。进一步的，所述泵吸仪及抽气速率为0.5～5m3/h。进一步的，所述光电探测器的型号为LSIPD-LD-50。所述进一步的有益效果为：型号为LSIPD-LD-50的光电探测器的探测灵敏度和稳定性高，便于提高整个检测系统的灵敏度和稳定性。附图说明图1为为本技术实施例的一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统框图；图2为PNNL普库中1512nm波段氨气吸收特性图。具体实施方式以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。实施例、一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统。参见图1，本实施例提供的检测系统包括中央处理器、光驱动与光源模块、半导体制冷器、光纤准直器、防尘泵吸模块、检测接收模块和显示器，所述光驱动与光源模块包括电流波形发生器和DFB激光器，所述检测接收模块包括光电探测器、前置放大器和锁相放大器；所述中央处理器控制所述电流波形发生器产生电流信号，该电流信号驱动DFB激光器进行工作，同时，电流波形发生器输出与产生的电流信号相位同步的参考电流信号，所述半导体制冷器将所述DFB激光器的工作温度调节到设定工作温度，在该设定工作温度下，DFB激光器的工作波长处于氨气的吸收线位置。当DFB激光器的实际工作温度高于设定工作温度，则将DFB激光器的实际工作温度降低到设定工作温度；当DFB激光器的实际工作温度低于设定工作温度，则将DFB激光器的实际工作温度升高到设定工作温度。DFB激光器发射出的激光经过光纤准直器达到防尘泵吸模块，防尘泵吸模块包括气室以及设置于气室进气口处的烧结滤芯和设置于气室出气口出的泵吸仪，通过输气管向气室内输送氨气，通过烧结滤芯滤除氨气中的灰尘和水汽，所述泵吸仪用于加快氨气的进气速率，所述光电探测器接收经过气室内氨气吸收后的出射激光，并将光信号转换为电信号，依次经过前置放大器的放大和锁相放大器的处理，达到中央处理器，经过中央处理器得到氨气浓度值，并在显示器上显示氨气的浓度值。所述中央处理器，是一种信号发生与采集、数据输出与储存的芯片，主要包括两个主要功能：一是控制光驱动与光源模块中的电流波形发生器发出由三角波、正弦波信号叠加形成的电流信号；二是采集经锁相放大器处理后的数据，储存并反演得出对应的气体浓度信息并通过外接的显示器进行显示。所述DFB激光器，具有激光线宽较小、单色性好、边模抑制比高和电流调谐率小等特点。图2为PNNL谱库中查询得到的氨气在1512nm附近的吸收截面波形图，可以看到在1512nm附近，氨气的吸收谱线十分明显。因此，选用中心波长1512nm的DFB激光器。所述烧结滤芯，可耐高温、耐腐蚀，过滤精度为20～50um，可有效滤除气体中带有的水蒸气，且不会对气体产生影响，选用外形尺寸为20mm的烧结滤芯。所述泵吸仪，置于气室出气口，用于加快被测氨气的进气速率，选用泵吸仪的抽气速率为0.5～5m3/h。所述光电探测器是信号探测主要部分之一，主要是探测经气体吸收后的出射光，将光信号转换为电信号，因此其探测的灵敏度及稳定性也对整个检测装置的灵敏度和稳定性产生影响，本实施例采用的光电探测器型号为LSIPD-LD-50。以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统，其特征在于，包括中央处理器、光驱动与光源模块、半导体制冷器、光纤准直器、防尘泵吸模块、检测接收模块和显示器，所述光驱动与光源模块包括电流波形发生器和DFB激光器，所述检测接收模块包括光电探测器、前置放大器和锁相放大器；所述中央处理器控制所述电流波形发生器产生电流信号，该电流信号驱动DFB激光器进行工作，同时，电流波形发生器输出与产生的电流信号相位同步的参考电流信号，所述半导体制冷器将所述DFB激光器的工作温度调节到设定工作温度，在该设定工作温度下，DFB激光器的工作波长处于氨气的吸收线位置，DFB激光器发射出的激光经过光纤准直器达到防尘泵吸模块，防尘泵吸模块包括气室以及设置于气室进气口处的烧结滤芯和设置于气室出气口出的泵吸仪，通过输气管向气室内输送氨气，通过烧结滤芯滤除氨气中的灰尘和水汽，所述泵吸仪用于加快氨气的进气速率，所述光电探测器接收经过气室内氨气吸收后的出射激光，并将光信号转换为电信号，依次经过前置放大器的放大和锁相放大器的处理，达到中央处理器，经过中央处理器得到氨气浓度值，并在显示器上显示氨气的浓度值。

【技术特征摘要】
1.一种基于TDLAS的泵吸式激光氨气检测系统，其特征在于，包括中央处理器、光驱动与光源模块、半导体制冷器、光纤准直器、防尘泵吸模块、检测接收模块和显示器，所述光驱动与光源模块包括电流波形发生器和DFB激光器，所述检测接收模块包括光电探测器、前置放大器和锁相放大器；所述中央处理器控制所述电流波形发生器产生电流信号，该电流信号驱动DFB激光器进行工作，同时，电流波形发生器输出与产生的电流信号相位同步的参考电流信号，所述半导体制冷器将所述DFB激光器的工作温度调节到设定工作温度，在该设定工作温度下，DFB激光器的工作波长处于氨气的吸收线位置，DFB激光器发射出的激光经过光纤准直器达到防尘泵吸模块，防尘泵吸模块包括气室以及设置于气室进气口处的烧结滤芯和设置于气室出气口出的泵吸仪，通过输气管向气室内输送氨气，通过烧结滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志聪，胡学秋，李亮亮，张继华，武治国，吕植勇，周久，
申请(专利权)人：武汉新烽光电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42