一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，包括：获取一氧化碳的吸收光谱信号；根据获取的一氧化碳的吸收光谱信号，针对不同的工作吸收峰，采用各吸收峰对应的标定系数反演一氧化碳浓度。所述获取一氧化碳的吸收光谱信号，包括利用QCL激光器作为系统的光源。本发明专利技术具有温度压力补偿功能，有效防止环境温度和环境压力变化带来的测量误差，提高了传感器检测精度；本发明专利技术采用了特殊的脉冲电流驱动激光器和激光器温度控制随环境温度动态调整到不同的气体吸收峰的方法，不但大幅度降低了传感器模块的功耗和体积，而且有效地扩大了传感器的工作温度范围，以便于传感器在实际应用现场的使用。在实际应用现场的使用。在实际应用现场的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]一氧化碳为无色无味的有毒有害气体，一氧化碳气体浓度超限，随时使人中毒、窒息、危机生命。同时一氧化碳气体也是煤矿自然发火的重要指标。所以能否准确、实时的检测一氧化碳，对煤矿安全生产有着重要作用。目前煤矿普遍采用基于电化学测量原理的一氧化碳传感器。
[0004]该原理的传感器在实际应用中存在以下几个问题：1、标校周期短，正常需要15天标校一次。2、探头寿命短，尤其是在束管监测系统中，平均寿命小于1年。3、可靠性差，易受电子干扰、水汽、粉尘的影响并产生误报。此外现有的基于QCL激光器的一氧化碳传感器，体积大，功耗高，不方便现场应用，难以实现激光器的微型化、低功耗目标，并且现有的传感器模块还存在着由于反射镜片受高温高湿等环境因素影响而脱胶和脱落的问题，导致传感器模块的可靠性较差。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法及系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，包括：
[0008]获取一氧化碳的光谱吸收信号；
[0009]根据获取的一氧化碳光谱吸收信号，针对不同的吸收峰的工作波长，采用各吸收峰对应的标定系数反演一氧化碳浓度。
[0010]进一步地，所述获取一氧化碳的光谱吸收信号，包括利用QCL激光器作为系统的光源。
[0011]进一步地，所述获取一氧化碳的光谱吸收信号，还包括利用吸收气室，将激光器发出的光信号经过待测气体后到达探测器。
[0012]进一步地，所述吸收气室中，通过两个直角棱镜和两个平面反射镜，形成M型光路。
[0013]进一步地，通过给激光器施加脉冲驱动电流以降低激光器的平均功耗。
[0014]进一步地，所述根据环境温度动态调整被测气体的工作吸收峰，包括针对不同的环境温度，将激光器工作波长稳定在不同的吸收峰处。
[0015]进一步地，所述根据环境温度动态调整被测气体的工作吸收峰，包括通过TEC将激光器从环境温度调整到与工作温度的温差最小。
[0016]进一步地，所述根据环境温度动态调整被测气体的工作吸收峰，还包括利用一氧化碳多个吸收峰波长作为测量浓度的工作波长。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制系统，包括：
[0018]QCL激光器，作为系统的光源；
[0019]吸收气室，通过两个直角棱镜和两个平面反射镜，形成M型光路；
[0020]光电探测器，接收激光器输出的经过吸收气室多次反射的光束并将其转化为电信号并发送至控制器；
[0021]其中，控制器根据环境温度动态调整被测气体的工作吸收峰，针对不同的吸收峰，采用各吸收峰对应的标定系数反演一氧化碳浓度。
[0022]进一步地，还包括激光器温度控制电路、激光器电流控制电路和环境温度压力检测电路。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术具有温度压力补偿功能，有效防止环境温度和环境压力变化带来的测量误差，提高了传感器检测精度；本专利技术采用了特殊的脉冲电流驱动激光器，大幅度降低了传感器功耗。由于本传感器模块中的激光器驱动电流功耗减低，发热量减小，使得控制激光器恒温所需要的制冷器的体积和功耗大幅度减小，从而进一步降低了传感器的功耗。本传感器模块采用了激光器温度动态调整算法，也就是通过调节激光器波长匹配不同吸收峰的低功耗控温方法，始终让利用TEC将激光器温度调整到所选吸收峰对应的温度和环境温度温差最小，降低了稳定激光器温度所需要的功耗。本传感器模块采用了本安设计，不需要厚重的防爆外壳，大幅度减小了传感器体积和重量，方便现场应用。本传感器模块采用了QCL激光器作为光源，从根本上解决了水汽，甲烷气体，二氧化碳气体的交叉干扰问题，提高了检测精度。本传感器模块的吸收气室内的反射镜采用了无胶固定方式，有效解决了高温高湿带来的粘胶受潮引起反射镜脱落的问题。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为本实施例提供的传感控制系统外部结构示意图；
[0027]图2为本实施例提供的吸收气室结构示意图；
[0028]图3为本实施例提供的传感控制系统结构示意图；
[0029]图4为本实施例提供的集成电路连接图；
[0030]其中，1、电路板固定螺柱；2、激光器；3、激光器固定螺钉；4、尼龙螺钉；5、电路板1；6、电路板2；7、探测器；8、探测器绝缘外壳；9、温度压力芯片；10、吸收气室；11、吸收气室外形；12、直角棱镜1；13、扳手位；14、平面反射镜1；15、温度压力芯片通孔1；16、直角棱镜2；17、平面反射镜2。
具体实施方式
[0031]下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。
[0032]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]实施例1
[0036]第一方面，本专利技术提供一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，包括：
[0037]获取一氧化碳的光谱吸收信号；
[0038]根据获取的一氧化碳光谱吸收信号，针对不同的吸收峰的工作波长，采用各吸收峰对应的标定系数反演一氧化碳浓度。
[0039]所述获取一氧化碳的光谱吸收信号，包括利用QCL激光器作为系统的光源。
[0040]所述获取一氧化碳的光谱吸收信号，还包括利用吸收气室，将激光器发出的光信号经过待测气体后到达探测器。
[0041]所述吸收气室中，通过两个直角棱镜和两个平面反射镜，形成M型光路。
[0042]通过给激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，包括：获取一氧化碳的吸收光谱信号；根据获取的一氧化碳的吸收光谱信号，针对不同的工作吸收峰，采用各吸收峰对应的标定系数反演一氧化碳浓度。2.如权利要求1所述的一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，所述获取一氧化碳的吸收光谱信号，包括利用QCL激光器作为系统的光源。3.如权利要求2所述的一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，所述获取一氧化碳的吸收光谱信号，还包括利用吸收气室，将QCL激光器发出的光信号经过待测气体后到达探测器。4.如权利要求3所述的一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，所述吸收气室中，通过两个直角棱镜和两个平面反射镜，形成M型光路。5.如权利要求4所述的一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，通过给所述QCL激光器施加脉冲驱动电流以降低QCL激光器的平均功耗。6.如权利要求5所述的一种低功耗本安型激光一氧化碳传感控制方法，其特征在于，所述根据环境温度动态调整被测气体的工作吸收峰，包括针对不同的环...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，马春飞，刘统玉，宁雅农，魏玉宾，金光贤，王兆伟，赵丽娜，
申请(专利权)人：广东感芯激光科技有限公司山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：