一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法，所述装置包括激光器阵列，所述激光器阵列由多个激光器阵元构成，每个激光器阵元发出的激光均具备相同波长和相同传播方向；阵列光束探测器，用于接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器；总控制器，所述总控制器用于获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。本发明专利技术相较于需要依赖机械运动部件的现有技术具有响应快、寿命长的优势，并且在接收光强自稳定过程中，不会改变光学接收系统的性能，也不会增加外界杂散光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法
本专利技术涉及激光遥测
，尤其涉及一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法。
技术介绍
TDLAS是TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy的简称，该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。在TDLAS的实际应用过程中，由于探测器接收到的激光光强受到反射面的反射率、激光传播距离、激光和反射面的夹角等众多因素影响，会导致探测器所接收到的激光光强变化非常大。现有技术中，主要采用两种技术方案来解决探测器接收到的激光光强不稳定的技术问题：(1)使用光阑来调节探测器光学接收器的孔径，从而避免激光光强过高导致的信号失真。但是当孔径变大时，也会提高外界杂散光的光强，影响探测器性能。并且由于光阑是通过电机驱动来调节其通光孔径的，无法实现快速调节并且机械磨损导致光阑的寿命较短。(2)调节探测器的曝光时间，从而避免探测器接收到的光强过小导致的信号的信噪比较低。但是调节探测器的曝光时间将会影响到测量设备的响应速度，如延长曝光时间会导致响应速度变慢。并且若由于接收到的激光光强过大产生探测器饱和失真，即使调节探测器的曝光时间也不能解决信号失真的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法。本专利技术是以如下技术方案实现的：第一方面，一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，包括：激光器阵列，所述激光器阵列由多个激光器阵元构成，每个激光器阵元发出的激光均具备相同波长和相同传播方向；阵列光束探测器，所述阵列光束探测器用于接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器；总控制器，所述总控制器用于获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。第二方面，一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的方法，所述方法由上述的一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置实施，包括：总控制器控制激光器阵列发出阵列光束，所述阵列光束由相同波长并且传播方向一致的激光光束构成；阵列光束探测器接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器；所述总控制器获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置及方法，其具有如下有益效果：本专利技术实施例中总控制器通过分析阵列光束探测器接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差距，来控制激光器阵列中的激光器阵元的开启数量，进而最终实现总输出光功率的调节，基于光信号幅值与光信号幅值标准值的差距调节激光器阵列，从而生成了控制闭环。相较于需要依赖机械运动部件的现有技术具有响应快、寿命长的优势，并且在接收光强自稳定过程中，不会改变光学接收系统的性能，也不会增加外界杂散光，从而保证了阵列光束探测器接收到的光信号具备较高的信噪比。附图说明图1是本专利技术提供的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置示意图；图2是本专利技术提供的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的方法流程图；图3(1)是本专利技术实施例提供的第一种激光器阵元示意图；图3(2)是本专利技术实施例提供的第二种激光器阵元示意图；图4是本专利技术实施例提供的控制器框图；图5(1)是本专利技术实施例提供的经过气体吸收池后的光信号示意图；图5(2)是本专利技术实施例提供的无气体吸收情况下的光信号示意图；图6是本专利技术实施例提供的电流驱动器框图；图7是本专利技术实施例提供的温度控制器框图；图8是本专利技术实施例提供的激光器阵元控制方法流程图。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，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，如图1所示，所述装置包括：激光器阵列，所述激光器阵列由多个激光器阵元构成，每个激光器阵元发出的激光均具备相同波长和相同传播方向。阵列光束探测器，所述阵列光束探测器用于接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器。总控制器，所述总控制器用于获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。具体地，所述阵列光束探测器可以将接收到的阵列光束的光强信号转化为电信号，即得到光信号幅值并将其得到的光信号幅值以电信号的形式传输至总控制器。具体地，若所述所述差值为正数并且大于第一阈值，则关闭若干激光器阵元；若所述所述差值为负数数并且绝对值大于第二阈值，则开启若干激光器阵元。事实上，所述第一阈值、第二阈值和光信号幅值均可以根据实际的实际情况进行设定，光信号幅值加第一阈值构成了光信号可行接收区间的上限值，光信号幅值减第二阈值构成了光信号可行接收区间的下限值，所述光信号可行接收区间为与阵列光束探测器相关的参数。在所述光信号可行接收区间内，接收到的光信号噪声较小，信噪比较高，并且不会出现过曝光或曝光不足的现象。所述光信号可行接收区间与阵列光束探测器的实际电路结构直接相关。为了简化控制，各个激光器阵元输出的激光的幅值可以是相等的。本专利技术实施例公开了一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，通过控制激光器阵列总的输出光功率，来实现阵列光束探测器接收到的光强的稳定。具体方法为总控制器通过分析阵列光束探测器接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差距，来控制激光器阵列中的激光器阵元的开启数量，进而最终实现总输出光功率的调节。本专利技术实施例基于光信号幅值与光信号幅值标准值的差距调节激光器阵列，从而生成了控制闭环。本专利技术实施例仅仅通过控制激光阵元的开闭即可实现接收光强自稳定，相较于需要依赖机械运动部件的现有技术具有响应快、寿命长的优势，并且在接收光强自稳定过程中，不会改变光学接收系统的性能，也不会增加外界杂散光，从而保证了阵列光束探测器接收到的光信号具备较高的信噪比。本专利技术另一实施例提供一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的方法，如图2所示，包括：S101.总控制器控制激光器阵列发出阵列光束，所述阵列光束由相同波长并且传播方向一致的激光光束构成。S102.阵列光束探测器接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器。S103.所述总控制器获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。具体地，若所述所述差值为正数并且大于第一阈值，则关闭若干激光器阵元；若所述所述差值为负数数并且绝对值大于第二阈值，则开启若干激光器阵元。本专利技术实施例的实施基础是具备能够形成阵列光束的激光器阵列，并且阵列光束由相同波长并且传播方向一致的激光光束构成。传播方向的一致性是容易控制的，而激光波长的一致性较难控制，为此，本专利技术实施例公开了一种能够对波长进行严格控制的激光器阵元，所述激光器阵元如图3(1)和图3(2)所示，包括激光器，所述激光器阵元还包括：分光部件，设置于所述激光器的出射光路，将所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；气体吸收池，设置于所述参考光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于，包括：激光器阵列，所述激光器阵列由多个激光器阵元构成，每个激光器阵元发出的激光均具备相同波长和相同传播方向；阵列光束探测器，所述阵列光束探测器用于接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器；总控制器，所述总控制器用于获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于，包括：激光器阵列，所述激光器阵列由多个激光器阵元构成，每个激光器阵元发出的激光均具备相同波长和相同传播方向；阵列光束探测器，所述阵列光束探测器用于接收所述激光器阵列发出的阵列光束，并将接收到的光信号幅值传输至总控制器；总控制器，所述总控制器用于获取所述接收到的光信号幅值与光信号幅值标准值的差值，并根据所述差值控制所述激光器阵列中各个激光器阵元的开闭。2.根据权利要求1所述的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于：若所述所述差值为正数并且大于第一阈值，则关闭若干激光器阵元；若所述所述差值为负数数并且绝对值大于第二阈值，则开启若干激光器阵元。3.根据权利要求1所述的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于，所述激光器阵元包括激光器，还包括：分光部件，设置于所述激光器的出射光路，将所述激光器出射的激光分束为探测光和参考光；气体吸收池，设置于所述参考光所在的光路上；探测器，用于接收经过所述气体吸收池的参考光；控制器，所述控制器与所述探测器连接；驱动模块，用于根据所述控制器输出的驱动信号驱动所述激光器；所述控制器包括：数字采样模块，用于将接收到的电信号进行采样得到数字信号；吸收峰分析模块，用于根据所述数字信号获取参考光对应的吸收峰；偏移量计算模块，用于将所述参考光对应的吸收峰与预设吸收峰对比，得到吸收峰偏移量；驱动信号输出模块，用于根据所述吸收峰偏移量产生驱动信号，并将所述驱动信号传输至所述驱动模块。4.根据权利要求3所述的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于：所述驱动模块包括电流驱动器，所述电流驱动器用于向所述激光器输入激光器驱动电流；所述驱动信号输出模块包括：第一驱动信号输出单元，用于根据所述吸收峰偏移量计算直流偏置量，并将所述直流偏置量输出至所述电流驱动器；所述电流驱动器包括：外部输入单元，用于获取外部驱动信号；偏置信号输入单元，用于获取直流偏置量；驱动电流输出单元，用于根据所述外部驱动信号和所述直流偏置量得到激光器驱动电流，并将所述激光器驱动电流输出至所述激光器。5.根据权利要求3所述的基于激光器阵列实现接收光强自稳定的装置，其特征在于：所述驱动模块包括温度控制器，所述温度控制器用于向所述激光器输入控温电流；所述驱动信号输出模块包括：第二驱...

【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