一种对射式开路激光气体探测器及气体探测实时校准方法技术

本发明专利技术公开了气体传感器领域中的一种对射式开路激光气体探测器及气体探测实时校准方法，发射装置交替发射信号光、校准光，其中信号调制波控制激光器出射激光信号的一部分作为信号光发射至开路环境，另一部分通过标准气室后转换成校准调制波，并控制激光器产生校准光；接收装置接收光信号，并根据信号光和校准光的电压波形及参考气体浓度与距离的乘积值实时计算并校准开路环境中待测气体浓度与距离的乘积值。本发明专利技术克服了现有对射式开路激光气体探测器无法自动实时校准、标定的缺陷，通过光通讯的方式传输信号光和校准光，实现了开路环境中待测气体浓度探测结果的标定，可以准确消除信号光检测过程中的环境干扰，降低电力系统的铺设和维修成本。系统的铺设和维修成本。系统的铺设和维修成本。

【技术实现步骤摘要】
一种对射式开路激光气体探测器及气体探测实时校准方法


[0001]本专利技术涉及气体传感器
，具体的说，是涉及一种对射式开路激光气体探测器及气体探测实时校准方法。

技术介绍

[0002]激光气体探测器的基本原理是基于可调谐半导体吸收光谱技术(TDLAS)，利用气体的红外光谱吸收作用实现对气体浓度检测。激光气体探测器具有点型激光气体探测器和开路式激光气体探测器两种类型，其中开路式激光气体探测器属于线型光束型，可对上百米开放空间进行气体检测，相比于点型而言，具有光程距离远、灵敏度高、检测范围大、可靠性好，零误报，免维护等优点，可广泛应用于天然气、煤矿、油气田、石油化工、煤化工、精细化工、钢铁工业、管道运输、储气设施、电力监测、环境监测等领域。
[0003]开路激光气体探测器有对射式开路激光气体探测器和反射式开路激光气体探测器。反射式开路激光气体探测器的发射和接收分布在同一侧(例如申请号为CN201310291029.5的专利技术专利所示)，发射模块发出的光由反光板反射后进入到接收模块，但由于光反射效率、反射距离、空间环境等因素影响，接收分布接收的光功率弱，信号处理难度大、测量误差大、抗干扰能力弱。为了解决上述难题，提出了对射式开路激光气体探测器(例如专利申请号为CN201220710383.8的技术专利)，其分为发射模块和接收模块两部分，发射模块激光经过待测空间后直接入射到接收模块，接收光功率强，信号处理容易，可靠性好。
[0004]然而，在待检测的开放光路环境中，激光信号容易受到水雾、扬尘、雨水、光源衰减、噪声光源等因素的干扰，导致开路激光气体探测器的测量结果误差大。内置标定气室对测量结果进行实时自动标定校准，是解决上述难题的可靠方法。
[0005]为了消除开路环境因素对标定结果的影响，标定气室需置于激光发射模块，而开路环境气体探测过程中的浓度测量功能设置于激光接收模块。因此，如何将激光发射模块中的实时标定参考信号通过开路环境快速、实时、可靠地传输到激光接收模块实现对测量结果的标定校准，又避免实时标定信号受到开路环境影响，是对射式开路激光气体探测器面临的重要技术难题。
[0006]上述缺陷，需要解决。

技术实现思路

[0007]为了克服现有对射式开路激光气体探测器无法自动实时校准、标定的缺陷，本专利技术提供一种对射式开路激光气体探测器及气体探测实时校准方法。
[0008]本专利技术技术方案如下所述：
[0009]一方面，一种对射式开路激光气体探测器，其特征在于，包括：
[0010]用于交替发射带有信号调制码的信号光、带有校准调制码的校准光的发射装置，其中，通过信号调制波控制激光器出射信号光，一部分所述信号光发射至开路环境中，另一
部分的所述信号光通过标准气室后转换成校准调制波，由该校准调制波控制所述激光器产生校准光并发射至开路环境中；
[0011]用于分别接收信号光和校准光的接收装置，所述接收装置根据接收到的信号光电压波形、校准光电压波形及参考气体浓度与距离的乘积值实时计算并校准开路环境中待测气体浓度与距离的乘积值。
[0012]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述发射装置包括激光器、光纤耦合器、标准气室、第一光电探测器、第一微处理单元及电路组件，
[0013]所述激光器用于根据所述信号调制波、所述校准调制波产生并发射对应激光；
[0014]所述光纤耦合器用于将所述激光器产生的激光信号进行分光，使得其中一部分激光信号直接发射至开路环境，另一部分激光信号发射至所述标准气室；
[0015]所述标准气室内填充有浓度已知的参考气体；
[0016]所述第一光电探测器用于接收通过所述标准气室的激光信号并转换成电压信号；
[0017]所述第一微处理单元及电路组件用于产生所述信号调制波，或根据所述第一光电探测器发射的电压信号生成校准调制波。
[0018]进一步的，所述第一微处理单元及电路组件包括第一放大滤波电路、第一数据处理电路、单片机控制电路以及信号发生电路：
[0019]所述第一放大滤波电路用于接收所述第一光电探测器转换形成的电压信号并进行放大；
[0020]所述第一数据处理电路用于接收所述第一放大滤波电路的电压信号并进行数据分析；
[0021]所述单片机控制电路用于直接产生带有信号调制波的信号电压调制波形，或根据所述第一数据处理电路的处理结果产生带有校准调制波的校准电压调制波形；
[0022]所述信号发生电路用于将所述信号电压调制波形、所述校准电压调制波形转换形成对应的电流调制波形。
[0023]进一步的，所述发射装置还包括波分复用器，所述波分复用器的一输入端连接所述光纤耦合器，另一输入端连接可见光激光器，所述波分复用器用于将所述光纤耦合器发射的激光和所述可见光激光器发射的激光复合并同光纤输出。
[0024]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述接收装置包括第二光电探测器、第二微处理单元及电路组件：
[0025]所述第二光电探测器用于接收通过开路环境的所述信号光、所述校准光，并转换形成对应的电信号；
[0026]所述第二微处理单元及电路组件用于接收所述第二光电探测器发送的电信号，并根据所述信号光对应的电信号、所述校准光对应的电信号计算得到开路环境中待测气体的浓度与距离乘积值。
[0027]进一步的，所述第二微处理单元包括第二放大滤波电路、第二数据处理电路以及信号输出电路：
[0028]所述第二放大滤波电路用于接收所述第二光电探测器转换形成的电压信号并进行放大；
[0029]所述第二数据处理电路以及信号输出电路用于根据校准光电压波形、信号光电压
波形及参考气体浓度与距离的乘积值实时计算并校准开路环境中待测气体浓度与距离的乘积值；
[0030]所述信号输出电路用于实现目标信息的输出。
[0031]另一方面，一种对射式开路激光气体探测实时校准方法，其特征在于，
[0032]于信号发射端，通过信号调制波控制激光器出射信号光，信号光中的一部分直接发射至开路环境中探测待测气体浓度信息，另一部分发射至标准气室中探测待测气体的浓度信息，该部分信号光通过标准气室后转换成校准调制波，并通过校准调制波控制激光器出射校准光，所述信号调制波和所述校准调制波交替控制所述激光器出射对应激光信号；
[0033]于信号接收端，接收通过开路环境的信号光和校准光，并根据信号光电压波形、校准光电压波形及参考气体浓度与距离的乘积值实时计算并校准开路环境中待测气体浓度与距离的乘积值。
[0034]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述激光器出射作为信号光的激光信号时的温度与出射作为校准光的激光信号时的温度不同，通过调节所述激光器的内部温度，使得所述激光器出射作为信号光的激光信号时的中心波长与开路环境中待测气体的吸收光谱中心重合，所述激光器出射作为校准光的激光信号时的中心波长较开路环境中待测气体的吸收光谱中心偏移一段距离。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对射式开路激光气体探测器，其特征在于，包括：用于交替发射带有信号调制码的信号光、带有校准调制码的校准光的发射装置，其中，通过信号调制波控制激光器出射信号光，一部分所述信号光发射至开路环境中，另一部分的所述信号光通过标准气室后转换成校准调制波，由该校准调制波控制所述激光器产生校准光并发射至开路环境中；用于分别接收信号光和校准光的接收装置，所述接收装置根据接收到的信号光电压波形、校准光电压波形及参考气体浓度与距离的乘积值实时计算并校准开路环境中待测气体浓度与距离的乘积值。2.根据权利要求1所述的对射式开路激光气体探测器，其特征在于，所述发射装置包括激光器、光纤耦合器、标准气室、第一光电探测器、第一微处理单元及电路组件，所述激光器用于根据所述信号调制波、所述校准调制波产生并发射对应激光；所述光纤耦合器用于将所述激光器产生的激光信号进行分光，使得其中一部分激光信号直接发射至开路环境，另一部分激光信号发射至所述标准气室；所述标准气室内填充有浓度已知的参考气体；所述第一光电探测器用于接收通过所述标准气室的激光信号并转换成电压信号；所述第一微处理单元及电路组件用于产生所述信号调制波，或根据所述第一光电探测器发射的电压信号生成校准调制波。3.根据权利要求2所述的对射式开路激光气体探测器，其特征在于，所述第一微处理单元及电路组件包括第一放大滤波电路、第一数据处理电路、单片机控制电路以及信号发生电路：所述第一放大滤波电路用于接收所述第一光电探测器转换形成的电压信号并进行放大；所述第一数据处理电路用于接收所述第一放大滤波电路的电压信号并进行数据分析；所述单片机控制电路用于直接产生带有信号调制波的信号电压调制波形，或根据所述第一数据处理电路的处理结果产生带有校准调制波的校准电压调制波形；所述信号发生电路用于将所述信号电压调制波形、所述校准电压调制波形转换形成对应的电流调制波形。4.根据权利要求2所述的对射式开路激光气体探测器，其特征在于，所述发射装置还包括波分复用器，所述波分复用器的一输入端连接所述光纤耦合器，另一输入端连接可见光激光器，所述波分复用器用于将所述光纤耦合器发射的激光和所述可见光激光器发射的激光复合并同光纤输出。5.根据权利要求1所述的对射式开路激光气体探测器，其特征在于，所述接收装置包括第二光电探测器、第二微处理单元及电路组件：所述第二光电探测器用于接收通过开路环境的所述信号光、所述校准光，并转换形成对应的电信号；所述第二微处理单元及电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹金德，卿笃安，周泽文，罗诗文，陈镇辉，王艳波，高帅兵，卿添，
申请(专利权)人：深圳市诺安智能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：