本实用新型专利技术涉及一种用于可调谐激光废气在线监测的光源，包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块，其特征在于，温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分，外部半导体温控部分包括半导体制冷器件、温度传感器和温度采集及反馈电路，对半导体制冷器件预先设定温度，温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定控制温度之间温差，根据温差实现对半导体制冷器件的闭环控制。本实用新型专利技术可以提高监测精度。
【技术实现步骤摘要】
用于可调谐激光废气在线监测的光源
本技术涉及一种应用于工业废气检测的可实现参考补偿的可调谐激光吸收光谱测量的装置。
技术介绍
目前我国仍处于污染事件高发阶段，尤其以大气污染事件最为频繁，危害也最严重。针对大气污染污染源的在线监测分析仪器进一步加强，提高监控力度，减少污染事件。工业废气是造成大气污染的重要因素，能源、电力、化工、冶金、纺织、制药、垃圾焚烧等工业过程在化学反应时产生的各种废气，这些废气含有大量对人体有害的物质,必须对其排放量进行严格控制。可调谐激光吸收光谱技术具有测量精度高，适用场合广泛，响应速度快等优点，在污染气体特别是工业废气在线监测领域具有良好的应用前景。其单线光谱分析技术具有许多独特的优点，可以消除背景气体干扰，提高检测灵敏度。随着对环境保护与工业废气排放要求的不断提高，可调谐激光吸收光谱在痕量气体检测领域的应用也越来越多，其检测限也可达到ppb的量级，省去了复杂的取样和预处理系统，结构简单，维护量减少，比抽取式取样更具代表性，响应速度更快，更加符合工业过程自动化控制的需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可以提高监测精度的用于可调谐激光废气在线监测的光源。技术方案如下：一种用于可调谐激光废气在线监测的光源，包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块，其特征在于，温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分，外部半导体温控部分包括外部温度控制器件、温度传感器和温度采集及反馈电路，对外部温度控制器件预先设定温度，温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定控制温度之间温差，根据温差实现对外部温度控制器件的闭环控制。进一步地，所述的外部温度控制器件包括半导体制冷器件。所述的外部温度控制器件还可以包括控制器，通过控制器预先设定温度，控制器根据温差实现对半导体制冷器件的闭环控制。所述的可调谐激光器属于半导体激光器。电流调谐信号模块，对用于对可调谐激光器输出波长的调谐。所述的电流调谐信号模块可以通过数字信号频率合成方式对可调谐激光器注入锯齿波电流，从而实现对可调谐激光器输出波长的调谐。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：通过对光源温度控制的改进，提高了可调谐激光器调谐精度，从而可以提高废气监测精度。附图说明图1为基于参考补偿的可调谐激光工业废气在线监测装置结构示意图图2为光源部分组成示意图图3为参考路组成示意图图4为基于外差相干性信号的激光器动态调谐参数计算流程图图5为检测部分原理及组成示意图图6为基于外差相干信号的重采样与光谱波长校正方法流程图图7为基于一次谐波信号分量的背景扣除方法流程图图8为工业废气不同浓度氨气可调谐激光吸收光谱测量结果图9利用方波信号对气体吸收光谱进行校正示意图具体实施方式：结合附图和实施例对本技术的光源及应用此种光源的基于参考补偿的可调谐激光气体在线测量装置加以说明。本技术根据可调谐激光器特性，开发基于二阶温度调谐与电流调谐的激光器调谐装置与方法，开发基于外差相干原理的参考测量装置，利用时频分析方法，提取可调谐激光器的瞬态调谐特性，设计动态调谐补偿方法，设计了基于外差相干信号的吸收光谱重采样校正方法，设计基于S-G拟合的可调谐激光吸收光谱一次谐波提取与吸收光谱校正方法。本技术基于参考补偿原理的可调谐激光光谱测量装置系统如图1所示，主要包括光源部分，主要包括光源部分，具有马赫曾德干涉仪和光电检测器的参考路部分，具有光电检测器和数字锁相放大器的检测部分，其中，光源部分包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块，电流调谐信号模块；温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分，其中，外部半导体温控部分包括采用外部温度控制器件(主要包括半导体制冷器件)、温度传感器和温度采集及反馈电路，对半导体制冷器件设定控制温度，利用温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定温度之间温差，根据温差实现对半导体制冷器件的闭环控制；电流调谐信号模块，采用数字信号频率合成技术，对半导体激光器注入一定频率的锯齿波电流使可调谐激光器输出波长扫描过待测气体的吸收谱线。光源部分出射光分为两路，分别进入参考路与检测部分。本实施例中，光源的电路部分采用模拟电路实现。更好的实施方式是，添加一个控制芯片，用于对半导体制冷器件的工作状态进行控制，从而给可调谐激光器提供稳定的温度环境。参考路主要组成部分为马赫-曾德干涉仪，光源出射光进入参考路中的马赫曾德干涉仪中，经过光纤分束器分为两路，其中一路通过光纤延迟线后，与另一路产生一定光程差，两路光同时进入光纤合束器后，并经过参考路的光电检测器变为电信号，得到激光相干外差信号，检测部分包括光电检测器及锁相放大信号处理单元，光电检测器将经过废气的光信号转换为电信号，并经过A/D转换为数字信号；数字信号通过锁相放大信号处理单元处理，所述的锁相放大信号处理单元包括抗混叠滤波器、高通滤波器、波形整形器、移相器、乘法器、相敏检波器和低通滤波器，数字信号分为两路，一路经过抗混叠滤波器与高通滤波器，另一路经过波形整形器与移相器；两路处理后的数字信号输入乘法器，对相乘结果进行相敏检波，鉴别两路信号同频率与同相位分量；再利用低通滤波器滤除噪声，得到高信噪比的气体吸收光谱。其中参考测量的实现基于参考路获得的激光外差相干信号的处理，一方面可以获取激光器瞬态调谐特性，另一方面可以用于对气体吸收光谱进行重采样。利用激光外差相干信号获取激光器瞬态调谐特性的方法是，计算激光外差相干信号的自相关矩阵，然后对自相关矩阵进行特征矩阵分解，得到代表不同频率与相位分量的信号，并与激光外差相干信号进行卷积，从而得到激光器瞬态频率及相位，将激光器瞬态频率及相位作为负反馈输入参量，调整电流调谐信号模块的电流调谐系数，用以提高可调谐激光器的调谐精度。对参考路激光外差相干信号进行处理可以得到用于校正气体吸收光谱的重采样信号，处理过程为首先对激光外差相干信号进行处理，用奇数半周期直接通过余弦信号的瞬时相对幅度确定瞬时相位，而在偶数半周期，将信号翻转再求其反余弦函数确定瞬时相位，在此基础上叠加每个半周期的初始相位，由此得到解缠之后的瞬时相位值，将整个调谐周期内得到的外差相干信号进行处理然后进行滑动平均，得到方波信号，利用该方波信号可以对气体吸收光谱进行校正，具体过程如图9所示：将检测单元测量到的气体吸收光谱与方波信号按照采样点数对齐，选择方波过零点，对应为激光器调谐过程中扫描过的波长λ1，λ2....λn。根据方波过零点位置对应采样点，抽取气体吸收光谱中对应的采样点位置，从而得到气体吸收光谱中波长λ1，λ2....λn对应的吸收强度。操作流程可以分为以下几个步骤：(1)可调谐激光器工作，其中光源部分结构示意图如图2所示，激光器为可调谐窄线宽激光器，可通过改变温度及电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于可调谐激光废气在线监测的光源，包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块，其特征在于，温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分，外部半导体温控部分包括外部温度控制器件、温度传感器和温度采集及反馈电路，对外部温度控制器件预先设定温度，温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定控制温度之间温差，根据温差实现对外部温度控制器件的闭环控制。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于可调谐激光废气在线监测的光源，包括可调谐激光器，温度控制与反馈模块和电流调谐信号模块，其特征在于，温度控制与反馈模块包括在激光器内部温控以及外部半导体温控部分，外部半导体温控部分包括外部温度控制器件、温度传感器和温度采集及反馈电路，对外部温度控制器件预先设定温度，温度传感器采集可调谐激光器温度，温度采集及反馈电路比较可调谐激光器温度与设定控制温度之间温差，根据温差实现对外部温度控制器件的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述的外部温度控制器件为能够使得可调谐激光器温度降低的器件。
3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述的外部...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晨曦，庞峰，
申请(专利权)人：苏州同阳科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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