一种数字化氧化亚氮气体探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字化氧化亚氮气体探测系统，气体检测技术领域，包括信号发生模块、光学多通池模块、第二激光器与信号接收模块，所述信号发生模块包括信号控制器和ICL激光器，本发明专利技术利用LabVIEW软件编写了软件信号发生器和软件数字锁相，来替代商用成本较高的信号发生器和数字锁相等器材，因此具有结构简单、紧凑的特点，大大降低了设备的体积和生产成本，从信号发出到接收解调，能够做到全数字化，降低了成本，对下降沿处理得到绝对浓度信息，对于上升沿建立的线性浓度拟合关系，起到一个很好的校准和检验，而且软件信号发生器可以产生多种信号，便于对设备进行改良和升级，以提升探测结果的精度。以提升探测结果的精度。以提升探测结果的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化氧化亚氮气体探测系统


[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种数字化氧化亚氮气体探测系统。

技术介绍

[0002]基于波长调制激光技术，可以实现探测气体浓度的应用。目前，通过频率高频正弦信号进行波长扫描和调制，并结合朗伯比尔定律可以建立气体吸收率函数，从而获得待测气体浓度，氮氧化物是一种危险的大气污染物，这种气体在化工业工厂和汽车尾气中大量存在，对人体有毒害作用，是一种需要严格控制的污染物成分，氧化亚氮气体通常常规手段很难检测，而采用激光探测技术是实现氧化亚氮气体的浓度检测的一种可行的思路。
[0003]但是，现有的基于波长调制激光外差技术的气体浓度检测系统或设备大都结构复杂、体积庞大，制造和使用成本高昂，不利于进行推广应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种数字化氧化亚氮气体探测系统，适合在氧化亚氮探测领域进行推广和应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种数字化氧化亚氮气体探测系统，包括信号发生模块、光学多通池模块、第二激光器与信号接收模块；
[0007]其中，所述信号发生模块包括信号控制器和ICL激光器，所述信号控制器基于LabVIEW软件编写，用于控制所述ICL激光器产生半调制信号，其左半边产生三角波信号叠加高频正弦信号，右半边产生三角波信号；
[0008]所述光学多通池模块包括可翻转镜、第一平面反射镜、第一镀膜凸透镜与吸收池等；<br/>[0009]所述第二激光器设置在可翻转镜中相对ICL激光器入射光路的背面一侧，所述第二激光器发出光线透过所述可翻转镜后与所述ICL激光器的光路重合；
[0010]所述信号接收模块包括镀膜聚光镜、激光探测器和数据采集模块。
[0011]优选的，所述可翻转镜为平面镜，所述吸收池为密封的腔体，所述腔体内包括至少一对相互平行的腔壁，所述腔壁的两端分别为第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面上分别设置有相互对称的第一平凹镜和第二平凹镜；
[0012]所述第一平凹镜和第二平凹镜的凹面向内；所述吸收池中第一平凹镜上设置有光线出入口；所述吸收池中未安装第一平凹镜或第二平凹镜的其余腔壁上还分别设置气体入口和气体出口；
[0013]所述可翻转镜位于吸收池上方远离光线出入口的一侧；所述第一平面反射镜与第一镀膜凸透镜位于靠近光线出入口的一侧；所述第一平面反射镜、第二平面反射镜和第一镀膜凸透镜中的光线出入口三者的位置按照三角形分布。
[0014]优选的，所述第一镀膜凸透镜位于激光探测器前端，其用于接收第二反射镜反射
出的光信号，并将光信号聚焦到所述激光探测器上，所述激光探测器用于对接收的光信号进行光电转换；
[0015]所述数据采集模块为基于LabVIEW的软件数字锁相放大器，其第n次谐波信号可以表示为:
[0016][0017]式中，I(t)为调制强度，LPF为低通滤波器，基于LabVIEW的软件数字锁相放大器主要由一个乘法器、一个低通滤波器和一个可选的锁相环组成。
[0018]优选的，所述光学多通池模块中第一平凹镜、第二平凹镜、第一平面反射镜和第一镀膜凸透镜的位置固定。
[0019]优选的，所述第二激光器为产生波长为650nm的激光器，所述第二激光器发出的光线在吸收器内经过182次反射后的有效程长达到100m。
[0020]优选的，所述ICL激光器产生的激光与第二激光器产生的650nm激光重合后，在池中经过182次反射后的有效程长达到100m。
[0021]优选的，所述吸收池的气体入口处设置有气体干燥装置。
[0022]优选的，所述吸收池中还设置有压力控制器，所述压力控制器用于检测并控制吸收池内的气压；所述压力控制器设置在吸收池中不对光路产生干扰的位置上。
[0023]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0024]本专利技术提供的数字化氧化亚氮气体探测系统中利用LabVIEW软件编写了软件信号发生器和软件数字锁相，来替代商用成本较高的信号发生器和数字锁相等器材，因此具有结构简单、紧凑的特点，大大降低了设备的体积和生产成本。
[0025]本专利技术提供的系统从信号发出到接收解调，能够做到全数字化，降低了成本，对下降沿处理得到绝对浓度信息，对于上升沿建立的线性浓度拟合关系，起到一个很好的校准和检验，而且软件信号发生器可以产生多种信号，便于对设备进行改良和升级，以提升探测结果的精度。
[0026]本专利技术提供的探测系统结构简单，成本较低，适合进行大规模推广应用，在大气监测、化工厂和汽车工工业的污染物控制，以及农业领域的环保监察领域均具有非常广阔的应用前景。
附图说明
[0027]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0028]图1为本专利技术的流程示意图；
[0029]图2为本实施例中基于LabVIEW的软件数字锁相放大器原理图；
[0030]图3为本实施例中半调制信号图；
[0031]图4为本实施例中同时测量(a)WMS
‑
2f信号和(b)不同N2O:N2混合比下的DAS信号图；
[0032]图5为本实施例中DAS得到的浓度与WMS
‑
2f峰幅值及WMS
‑
2f/1f的线性拟合图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]实施例1：
[0036]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种数字化氧化亚氮气体探测系统，包括信号发生模块、光学多通池模块、第二激光器与信号接收模块；
[0037]其中，信号发生模块包括信号控制器和ICL激光器，信号控制器基于LabVIEW软件编写，用于控制ICL激光器产生半调制信号，其左半边产生三角波信号叠加高频正弦信号，右半边产生三角波信号；ICL激光器产生的激光与第二激光器产生的650nm激光重合后，在池中经过182次反射后的有效程长达到100m。
[0038]光学多通池模块包括可翻转镜、第一平面反射镜、第一镀膜凸透镜与吸收池；
[0039]光学多通池模块中第一平凹镜、第二平凹镜、第一平面反射镜和第一镀膜凸透镜的位置固定。
[0040]第二激光器设置在可翻转镜中相对ICL激光器入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化氧化亚氮气体探测系统，其特征在于，包括信号发生模块、光学多通池模块、第二激光器与信号接收模块；其中，所述信号发生模块包括信号控制器和ICL激光器，所述信号控制器基于LabVIEW软件编写，用于控制所述ICL激光器产生半调制信号，其左半边产生三角波信号叠加高频正弦信号，右半边产生三角波信号；所述光学多通池模块包括可翻转镜、第一平面反射镜、第一镀膜凸透镜与吸收池；所述第二激光器设置在可翻转镜中相对ICL激光器入射光路的背面一侧，所述第二激光器发出光线透过所述可翻转镜后与所述ICL激光器的光路重合；所述信号接收模块包括聚光镜、激光探测器和数据采集模块。2.根据权利要求1所述的一种数字化氧化亚氮气体探测系统，其特征在于，所述可翻转镜为平面反射镜，所述吸收池为密封的腔体，所述腔体内包括至少一对相互平行的腔壁，所述腔壁的两端分别为第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面上分别设置有相互对称的第一平凹镜和第二平凹镜；所述第一平凹镜和第二平凹镜的凹面向内；所述吸收池中第一平凹镜上设置有光线出入口；所述吸收池中未安装第一平凹镜或第二平凹镜的其余腔壁上还分别设置气体入口和气体出口；所述可翻转镜位于吸收池上方远离光线出入口的一侧；所述第一平面反射镜与第二平面反射镜位于靠近光线出入口的一侧；所述第一平面反射镜、第二平面反射镜和第一镀膜凸透镜中的光线出入口三者的位置按照三角形分布。3.根据权利要求1所述的一种数字化氧化亚氮气体探测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：白金，孙春艳，张启磊，王贵师，孙建成，黎静，潘雪萍，陆思凡，徐若愚，
申请(专利权)人：安庆师范大学，
类型：发明
国别省市：