激光控制方法及控制器、激光气体遥测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光控制方法及控制器、激光气体遥测方法及装置，激光控制方法包括：预设i条激光器驱动波形曲线；检测时，激光驱动控制模块先按照第一条激光器驱动波形曲线，控制激光器进行发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值大于等于第i

【技术实现步骤摘要】
激光控制方法及控制器、激光气体遥测方法及装置


[0001]本专利技术涉及TDLAS激光气体探测领域，具体的说，涉及了一种激光控制方法及控制器、激光气体遥测方法及装置。

技术介绍

[0002]目前基于TDLAS技术的激光气体检测装置在天然气站和燃气管网等需要检测燃气泄露的地方有着广泛的应用需求，TDLAS是指可调谐半导体激光吸收光谱技术，其采用可调谐二极管激光器为检测光源，利用激光的窄带宽和波长随注入电流改变的特性，扫描待测气体的特征吸收线，提取二次谐波值和一次谐波来实现对气体浓度的测量。TDLAS技术的独特的优势是灵敏度高、响应速度快、选择性好，因此在气体检测方面有很好的价值和应用前景。
[0003]一般基于TDLAS技术的激光气体检测装置中，半导体激光器的输出波长很窄(一般小于几MHz)，其远远小于气体吸收线宽(常温常压下为几百MHz)，且具有可调谐特性。采用波长调制的方法，给激光器一个高频调制的正弦波和低频调制的锯齿波，使激光器输出波长固定在气体的某一条或两条吸收线附近，当激光光束通过待测气体后，探测器会接收经过气体吸收后的波形，计算接收到信号的二次谐波与一次谐波的比值，从而得到气体的浓度。但是由于气体的饱和效应的存在，该气体检测方法只能在一定动态范围内具有较高的灵敏度和准确度，无法满足更宽的动态范围，当气体浓度达到一定范围后，气体的二次谐波与一次谐波的比值与气体浓度不再具有良好的线型关系，从而导致准确度大大下降，甚至无法测量，无法满足一些需要全量程高精度的测量场所的要求。
[0004]当需要更宽的测量范围时，现有的技术如下：1、选择不同吸收系数的气体吸收线，例如甲烷气体，可以选择1650.9nm和1651.5nm两条吸收线，吸收强度相差20倍。2、选择不同的测量方法，在浓度低于某一阈值时选择波长调制测量方法，在浓度高于某一阈值后，选择直接吸收法。3、选择不同的测量光程。在一些精密分析仪器中，可以分别选择不同的光程，浓度低于某一阈值选择长光程，例如30米，在浓度高于某一阈值时选择短光程，例如5米，在浓度更高的时候，再选择更短的光程，例如0.5cm。
[0005]现有技术中的三种做法虽然都可以增加测量范围，但是均有自身的局限性。第一种，调节激光器的温度实现不同的吸收线，只能选择吸收线比较接近的，如果在激光器的波长范围内没有气体的两种高低吸收度的吸收线，就无法实现全量程，同时由于该方法是通过调节激光器温度来实现，调节范围大，速度慢，无法满足快速探测的要求。第二种，高浓度时选择直接吸收法，抗干扰能力差，无法消除背景噪声级电路元器件参数变化带来的干扰，测量精度难以满足高精度的要求。第三种，选择不同的测量光程，结构工艺复杂、稳定性差、成本增加，同时也无法满足一些固定光程仪器的测量要求，例如开路对射式气体探测器、激光遥测类的气体仪器。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种激光控制方法，一种激光控制器，一种激光气体遥测方法，以及一种激光气体遥测装置。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术第一方面提供了一种用于激光气体遥测装置的激光控制方法，包括：预设i条激光器驱动波形曲线，i≥2；检测时，激光驱动控制模块先按照第一条激光器驱动波形曲线，控制激光器进行发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值大于等于第i
‑
2阈值δ
i
‑2，小于第i
‑
1阈值δ
i
‑1时，切换到第i
‑
1条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第i
‑
1条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值大于等于第i
‑
1阈值δ
i
‑1时，切换到第i条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第i条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值小于第一阈值δ1时，切换到第一条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第一条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；其中，δ1＜δ2＜
……
＜δ
i
‑2＜δ
i
‑1。
[0008]基于上述，预设的激光器驱动波形曲线为三条。
[0009]基于上述，预设的激光器驱动波形曲线为两条。
[0010]基于上述，所述激光驱动控制模块的驱动波形函数为y=kx+b+acos（2πωx），通过调整k值和a值，改变激光器驱动波形曲线，其中，k值为基波的斜率，b值为基波的偏移量，a值为调制信号的幅值。
[0011]基于上述，阈值δ的确定方法包括：步骤1，在气体检测装置中通入标准气体，进行气体浓度检测时，使用a值为a1的激光器驱动波形曲线对激光器进行驱动，不断增加标准气体浓度的过程中，当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值到达最高点C
max1
时，选择0.8 C
max1
为阈值δ1；步骤2，增大a值为a2，使用a值为a2的激光器驱动波形曲线对激光器进行驱动，不断增加标准气体浓度的过程中，当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值到达最高点C
max2
时，选择0.8 C
max2
为阈值δ2；步骤3，按照步骤2的方式，直至确定阈值δ3~δ
i
‑1。
[0012]基于上述，还包括：当激光器驱动波形曲线切换到第i条时，激光器的温控模块进行TEC控制，使激光器的温度稳定在τ
i
。
[0013]基于上述，确定激光器进行TEC控制时的稳定温度τ：根据预设的i条激光器驱动波形曲线确定作为激光器波长标定的电流值的直流量c1，c2，
…
，c
i
，设定温度范围d~d
’
，其中，温度范围要保证包含有气体的吸收峰，如果扫描完，没有找到气体吸收峰，可以更换温度范围重新扫描；开始扫描时，以c1为直流量在从温度d扫描到d
’
，当扫描到τ1时，气体探测器的输出信号出现一个吸收波形，为气体吸收的结果，记录此时的τ1；同理依次扫描后记录τ2~τ
i
。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种激光控制器，包括微处理器、激光器、激光驱动控制模
块、温控模块，所述微处理器分别连接所述激光器、所述激光驱动控制模块和所述温控模块，以执行所述的用于气体检测装置的激光控制方法。
[0015]本专利技术第三方面提供了一种激光气体遥测方法，在气体浓度检测过程中对激光器进行控制时，采用所述的用于激光气体遥测装置的激光控制方法。
[0016]本专利技术第四方面提供了一种激光气体遥测装置，包括光学收发系统及测量电路，所述测量电路中采用所述的激光控制器对激光器进行控制。
[0017]本专利技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本专利技术激光控制方法及激光控制器通过调整内置的多条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光气体遥测装置的激光控制方法，其特征在于，包括：预设i条激光器驱动波形曲线，i≥2；检测时，激光驱动控制模块先按照第一条激光器驱动波形曲线，控制激光器进行发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值大于等于第i
‑
2阈值δ
i
‑2，小于第i
‑
1阈值δ
i
‑1时，切换到第i
‑
1条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第i
‑
1条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值大于等于第i
‑
1阈值δ
i
‑1时，切换到第i条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第i条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值小于第一阈值δ1时，切换到第一条激光器驱动波形曲线，激光驱动控制模块控制激光器按照第一条激光器驱动波形曲线的驱动方式发光测量；其中，δ1＜δ2＜
……
＜δ
i
‑2＜δ
i
‑1。2.根据权利要求1所述的激光控制方法，其特征在于：预设的激光器驱动波形曲线为三条。3.根据权利要求1所述的激光控制方法，其特征在于：预设的激光器驱动波形曲线为两条。4.根据权利要求1所述的激光控制方法，其特征在于：所述激光驱动控制模块的驱动波形函数为y=kx+b+acos（2πωx），通过调整k和a值，改变激光器驱动波形曲线，其中，k值为基波的斜率，b值为基波的偏移量，a值为调制信号的幅值。5.根据权利要求4所述的激光控制方法，其特征在于，阈值δ的确定方法包括：步骤1，在气体检测装置中通入标准气体，进行气体浓度检测时，使用a值为a1的激光器驱动波形曲线对激光器进行驱动，不断增加标准气体浓度的过程中，当采集到的信号的二次谐波与一次谐波的比值到达最高点C
max1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海永，郭东歌，王海超，武传伟，冯山虎，郑国锋，李冬，
申请(专利权)人：汉威科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：