激光气体检测装置及校正方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光气体检测装置，采用多个激光器同步扫描的方式，能够采用激光器形成发射功率较高的激光光源组，同时利用分光设备，将每路激光器发射出的光束分束为参考光和探测光，通过对经过气体吸收池后的参考光中吸收峰所处位置进行检测，并根据检测信息独立地对每个激光器的波长扫描进行调节，进而调整吸收峰在最终接收到的激光信号中所处的相对位置，解决信号质量的劣化问题。

【技术实现步骤摘要】
激光气体检测装置及校正方法
本专利技术涉及气体分析检测领域，更详细地说，本专利技术涉及一种激光气体检测装置。
技术介绍
可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是一种将激光应用于吸收光谱测量技术的光学和光谱学测量方法。TDLAS利用半导体激光窄线宽和快速调谐的特性，通过检测吸收分子的一条孤立的振转吸收线，可以实现对气体的快速检测。利用TDLAS技术对气体浓度进行测量的应用十分广泛，包括大气检测、汽车尾气测量、危险气体泄漏检测、烟道内气体浓度测量等等。一些特定的应用场景(例如从楼底对居民楼高层进行气体泄漏检测或利用无人机对地面目标进行气体浓度测量)中常需要使用探测距离较远的激光气体检测装置。为了增大探测距离，部分激光气体检测装置采用多个激光器同时工作的方式增大发射功率，然而，在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现，单纯地提高激光器的数量虽然能够有效地增大发射功率，但同时带来了以下问题：随着使用时间的增加，检测装置获得的激光信号整体质量严重劣化。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种激光气体检测装置，能够对老化后的多个激光器进行单独的波长扫描的校正，使各路激光被收集后形成的吸收峰能够很好地叠加，减少或防止激光信号整体质量劣化。在创立本专利技术的过程中，专利技术人发现，激光信号整体质量的劣化主要源自老化带来的波长扫描的扫描范围的变化。波长扫描范围的变化会引起不同激光光谱中吸收峰位置的漂移，漂移后的吸收峰将使得激光器的信号叠加结果出现分峰现象，该叠加结果将影响光强信号的分析，最终造成信号质量的劣化。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案提供的激光气体检测装置包括：多个激光器；控制部，与多个激光器电连接，能够控制多个激光器进行同步的波长扫描，待测气体目标吸收峰的中心波长在波长扫描的扫描波形中预设占据第一相对位置；一个或多个分光部件，多个激光器的出射光路均经过分光部件，以将每个激光器出射的激光分束为探测光和参考光；一个或多个气体吸收池，各路参考光的光路均经过气体吸收池，气体吸收池内充有待测气体；一个或多个探测器，配置在各路参考光经过气体吸收池后的光路上；控制部与探测器电连接，能够确定待测气体的目标吸收峰在探测器采集得到的光强信号波形中占据的第二相对位置；控制部还包括位置校正模块，位置校正模块与多个激光器电连接，能够根据第二相对位置偏离第一相对位置的偏离量，独立地对一个或多个激光器的波长扫描进行调节。多个激光器联用可以产生发射功率较高的激光光源，本专利技术提供的技术方案为了消除多个激光器联用而产生的信号质量问题，采用位置校正模块对不同激光器因老化而产生的吸收峰偏离进行校正，使最终主探测器能够在相同或基本相同的时间接收到吸收峰信号，防止最终叠加产生的激光信号产生分峰现象，有效提高了激光信号的整体质量，防止部分激光器老化造成的整体信号质量的严重劣化。在本专利技术的较优技术方案中，激光气体检测装置包括电流驱动装置，电流驱动装置与多个激光器及控制部电连接，能够根据控制部输出的控制信号进行电流扫描，以驱动多个激光器进行波长扫描。电流调节方式通过改变激光器的注入电流来实现波长扫描的调节，具有极高的调节响应速度和较低的装置成本。进一步地，在本专利技术的较优技术方案中，位置校正模块包括电流校正单元，电流校正单元与电流驱动装置电连接，能够调节电流驱动装置的电流扫描范围，以对激光器的波长扫描进行调节。采用电流校正单元进行位置校正，具有极高的响应速率和准确性。此外，采用电流校正单元对电流扫描范围进行校正，其装置改装难度和成本较低。更进一步地，在本专利技术的较优技术方案中，电流扫描的扫描波形为三角波或锯齿波，电流校正单元通过在扫描波形基础上叠加等幅偏置量，以根据激光器激光波长与驱动电流的对应关系，相应地调节波长扫描的扫描范围。在一些实施例中，所述相应地调节波长扫描的扫描范围是指对波长扫描的扫描范围进行平移。采用三角波或锯齿波波形进行电流扫描，能够线性地对波长的扫描范围进行调节，方便调整量的计算。可选的，控制部还包括电流偏置量计算单元，能够根据第二相对位置偏离第一相对位置的偏离量，得到等幅偏置量。在本专利技术的较优技术方案中，激光器的温度可调节，位置校正模块包括温度校正单元，温度校正单元能够向激光器输入控温电流，以根据激光器波长与温度的对应关系，对激光器的波长扫描进行调节。采用温度调节方式，能够在较大范围内调节波长的扫描范围，使得激光气体检测装置能够应对吸收峰偏离较为严重的情况。进一步地，在本专利技术的较优技术方案中，激光器包括温度传感器，温度校正单元与温度传感器电连接，能够根据温度传感器得到的激光器的温度、第二相对位置偏离第一相对位置的偏离量向激光器输出控温电流。采用具有温度传感器的激光器进行温度调节，能够更加精确地配合波长与温度、电流的关系，调节激光器的波长扫描。在本专利技术的较优技术方案中，激光气体检测装置还包括激光组件支架，激光组件支架具有多个并行设置的支架单元，支架单元与分光部件、气体吸收池以及探测器安装固定，一个或多个探测器电连接至同一电路板，电路板安装于激光气体检测装置的外壳体。通过以上安装方式，电路板的散热性能得到有效地提升。进一步地，在本专利技术的较优技术方案中，激光组件支架具有多个激光器安装口，多个激光器通过激光器安装口与激光组件支架可拆装连接。方便在部分激光器失效时及时更换，同时能够方便地调整激光器的数量选择，以应对不同使用情境下的激光器数量要求，提高激光气体检测装置的普适性。在本专利技术的较优技术方案中，激光气体检测装置包括：多个激光器；控制部，与多个激光器电连接，能够控制多个激光器进行同步的波长扫描，待测气体目标吸收峰的中心波长在波长扫描的扫描波形中预设占据第一相对位置；电流驱动装置，电流驱动装置与多个激光器及控制部电连接，能够根据控制部输出的控制信号进行电流扫描，以驱动多个激光器进行波长扫描；一个或多个分光部件，多个激光器的出射光路上均经过分光部件，以将每个激光器出射的激光分束为探测光和参考光；一个或多个气体吸收池，各路参考光的光路上均经过气体吸收池，气体吸收池内充有待测气体；一个或多个探测器，配置在各路参考光经过气体吸收池后的光路上；控制部与探测器电连接，能够确定待测气体的目标吸收峰在探测器采集得到的光强信号波形中占据的第二相对位置；控制部还包括：位置校正模块，位置校正模块与多个激光器电连接，能够根据所述第二相对位置偏离所述第一相对位置的偏离量，独立地对一个或多个激光器的波长扫描进行调节；位置校正模块包括电流校正单元和温度校正单元，电流校正单元与电流驱动装置电连接，能够调节电流驱动装置的电流扫描范围，温度校正单元能够向激光器输入控温电流，以对激光器的波长扫描进行调节；位置校正模块预设有调节阈值，若第二相对位置偏离第一相对位置的偏离量小于调节阈值，位置校正模块采用电流校正单元进行位置校正；若第二相对位置偏离第一相对位置的偏离量大于调节阈值，位置校正模块使用温度校正单元或同时使用温度校正单元和电流校正单元进行位置校正。本较优技术方案中，激光气体检测装置的位置校正模块同时使用温度校正单元和电流校正单元对激光器的波长扫描范围进行校正，在吸收峰偏离量较小时，通过校正速度较快且较为精确的电流校正单元进行校正，而在吸收峰偏离量较大时，开启温度校正单元，在较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光气体检测装置，其特征在于，包括:多个激光器；控制部，与所述多个激光器电连接，能够控制所述多个激光器进行同步的波长扫描，待测气体目标吸收峰的中心波长在所述波长扫描的扫描波形中预设占据第一相对位置；一个或多个分光部件，多个所述激光器的出射光路均经过所述分光部件，以将每个所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；一个或多个气体吸收池，各路所述参考光的光路均经过所述气体吸收池，所述气体吸收池内充有待测气体；一个或多个探测器，配置在各路所述参考光经过所述气体吸收池后的光路上；所述控制部与所述探测器电连接，能够确定待测气体的目标吸收峰在所述探测器采集得到的光强信号波形中占据的第二相对位置；所述控制部还包括位置校正模块，所述位置校正模块与所述多个激光器电连接，能够根据所述第二相对位置偏离所述第一相对位置的偏离量，独立地对一个或多个激光器的波长扫描进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种激光气体检测装置，其特征在于，包括:多个激光器；控制部，与所述多个激光器电连接，能够控制所述多个激光器进行同步的波长扫描，待测气体目标吸收峰的中心波长在所述波长扫描的扫描波形中预设占据第一相对位置；一个或多个分光部件，多个所述激光器的出射光路均经过所述分光部件，以将每个所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；一个或多个气体吸收池，各路所述参考光的光路均经过所述气体吸收池，所述气体吸收池内充有待测气体；一个或多个探测器，配置在各路所述参考光经过所述气体吸收池后的光路上；所述控制部与所述探测器电连接，能够确定待测气体的目标吸收峰在所述探测器采集得到的光强信号波形中占据的第二相对位置；所述控制部还包括位置校正模块，所述位置校正模块与所述多个激光器电连接，能够根据所述第二相对位置偏离所述第一相对位置的偏离量，独立地对一个或多个激光器的波长扫描进行调节。2.如权利要求1所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述激光气体检测装置包括电流驱动装置，所述电流驱动装置与所述多个激光器及所述控制部电连接，能够根据所述控制部输出的控制信号进行电流扫描，以驱动所述多个激光器进行波长扫描。3.如权利要求2所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述位置校正模块包括电流校正单元，所述电流校正单元与所述电流驱动装置电连接，能够调节所述电流驱动装置的电流扫描范围，以对所述激光器的波长扫描进行调节。4.如权利要求3所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述电流扫描的扫描波形为三角波或锯齿波，所述电流校正单元通过在所述扫描波形基础上叠加等幅偏置量，以相应地调节波长扫描的扫描范围。5.如权利要求4所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述位置校正模块包括电流偏置量计算单元，能够根据所述第二相对位置偏离所述第一相对位置的偏离量，得到所述等幅偏置量。6.如权利要求1-5中任一项所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述激光器的温度可调节，所述位置校正模块包括温度校正单元，所述温度校正单元能够向所述激光器输入控温电流，以对所述激光器的波长扫描进行调节。7.如权利要求6所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述激光器包括温度传感器，所述温度校正单元与所述温度传感器电连接，能够根据所述温度传感器得到的激光器的温度、所述第二相对位置偏离所述第一相对位置的偏离量向所述激光器输出控温电流。8.如权利要求1-5中任一项所述的激光气体检测装置，其特征在于，所述激光气体检测装置还包括激光组件支架，所述激光组件支架具有多个并行设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶俊，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31