氧气浓度检测仪制造技术

氧气浓度检测仪，属于气体浓度检测技术领域。本发明专利技术的目的是解决现有基于光谱技术的测氧仪使用单模二极管激光器成本高、输出波长对温度变化敏感的问题。本发明专利技术信号发生器的输出端连接驱动器的输入端，驱动器的输出端连接可调谐多模二极管激光器的输入端，可调谐多模二极管激光器的输出光经准直透镜透射得到平行光，平行光经分光镜分成透射光和反射光，透射光经过样品池后入射到第一聚焦透镜聚焦后入射到第一光电探测器，反射光做为参考光最后入射到第二光电探测器，两路光信号转为电信号后经Ａ／Ｄ转换器输入至计算机，样品池中的介质是待测氧气气体，可调谐多模二极管激光器的中心波长为７６０ｎｍ。本发明专利技术用于氧气浓度的监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧气浓度检测仪，属于气体浓度检测

技术介绍
对氧气浓度的精确和低成本测量在环境监测、生物医疗和工业节能等领域 都具有重要意义。针对不同的具体应用对象，人们发展了各种不同种类的测氧 仪，测量原理主要是基于固态电解法、顺磁法、电化电池法、化学发光法等。 然而以上这几种技术都是接触测量，在工业应用中容易出现使探测装置中毒现 象，并且传感探头易受腐蚀，影响仪器的使用寿命，在使用过程中需要经常校 准才能保证测量的准确性。相比之下，基于激光光谱技术的氧气测量仪具有非接触、响应速度快、使用寿命长的优势。尤其是基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的测 氧仪器更是具有高灵敏、低能耗、小型化的优点。但是TDLAS技术的缺点是 为了实现对目标气体的测量，对光源的单模输出具有很高的要求，通常的 TDLAS系统必须使用单模二极管激光器才能满足这种输出的要求，而单模二极 管激光器的工艺复杂性导致它的成本很高。此外，单模二极管激光器的输出波 长对工作温度变化十分敏感，必须采用严格的温控设施，这提高了系统的复杂 性，并且即使这样也难以保证仪器在复杂多变的工业环境中实现长期稳定测 量，因此限制了基于TDLAS技术的测氧仪的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有基于光谱技术的测氧仪使用单模二极管激光器 成本高、输出波长对温度变化敏感的问题，提供了一种采用可调谐多模二极管 激光器的氧气浓度检测仪，它利用空气中的氧气作为参考气体，实现对氧气浓 度的检测。本专利技术由信号发生器、驱动器、可调谐多模二极管激光器、准直透镜、分 光镜、样品池、第一聚焦透镜、第一光电探测器、反射镜组、第二聚焦透镜、 第二光电探测器、A/D转换器和计算机组成，信号发生器的一个输出端连接驱3动器的输入端，驱动器的输出端连接可调谐多模二极管激光器的输入端，可调 谐多模二极管激光器的输出光入射到准直透镜内，经准直透镜透射得到平行 光，所述平行光经分光镜分成透射光和反射光，所述透射光经过样品池后入射 到第一聚焦透镜，经第一聚焦透镜聚焦后入射到第一光电探测器的光信号输入 端，所述反射光经反射镜组反射后入射到第二聚焦透镜，经第二聚焦透镜聚焦 后入射到第二光电探测器的光信号输入端，信号发生器的另一个输出端、第一 光电探测器和第二光电探测器的电信号输出端分别连接A/D转换器的一个输入端，A/D转换器的输出端连接计算机的输入端，样品池中的介质是待测氧气 气体，可调谐多模二极管激光器的中心波长为760nm。 本专利技术的优点是本专利技术能够实现在监测仪器处于复杂多变环境的情况下对氧气浓度的精 确检测。在具备TDLAS技术高灵敏、高选择、快速响应的基础上，通过采用 生产工艺简单、价格低廉的760nm可调谐多模二极管激光器作为光源，多模 二极管激光器的成本仅为同类单模二极管激光器的十分之一，大大降低了测量 装置的成本；通过引入关联光谱技术利用空气中的氧气做适时关联校准，对激 光输出波长的稳定性要求大大降低，测量结果对环境温度变化不再敏感，提高 了长期测量的稳定性。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。 具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由信号发生器l、驱动器2、可调谐多模二极管激光器3、准直透镜4、分光镜5、样品池 6、第一聚焦透镜7、第一光电探测器8、反射镜组9、第二聚焦透镜IO、第二 光电探测器11、 A/D转换器12和计算机13组成，信号发生器1的一个输出 端连接驱动器2的输入端，驱动器2的输出端连接可调谐多模二极管激光器3 的输入端，可调谐多模二极管激光器3的输出光入射到准直透镜4内，经准直 透镜4透射得到平行光，所述平行光经分光镜5分成透射光和反射光，所述透 射光经过样品池6后入射到第一聚焦透镜7，经第一聚焦透镜7聚焦后入射到 第一光电探测器8的光信号输入端，所述反射光经反射镜组9反射后入射到第二聚焦透镜10，经第二聚焦透镜10聚焦后入射到第二光电探测器11的光信 号输入端，信号发生器1的另一个输出端、第一光电探测器8和第二光电探测器11的电信号输出端分别连接A/D转换器12的一个输入端，A/D转换器12 的输出端连接计算机13的输入端，样品池6中的介质是待测氧气气体，可调 谐多模二极管激光器3的中心波长为760nm。可调谐多模二极管激光器3的波长为760nm-765nm可调。工作原理信号发生器1通过频率为f,的正弦波调制产生频率为G的锯 齿波，f,的频率大于f2频率的100倍，锯齿波信号加载到可调谐多模二极管激 光器3的驱动器2上对可调谐多模二极管激光器3的输出光频率进行调谐和调 制，使得输出光的频率在f"频率震荡下以f2的频率扫过760mn附近的氧气吸 收线；可调谐多模二极管激光器3的输出光通过一个准直透镜4准直后由一个 分光镜5分成两路光束 一路通过装有未知浓度氧气的样品池6后，由第一聚 焦透镜7聚焦后入射到第一光电探测器8的光接收面上；另一路作为参考光通 过一个反射镜组9后由第二聚焦透镜10聚焦后入射到第二光电探测器11的光 接收面上；两路光电探测器产生的电信号通过A/D转换器12将模拟信号转换 成数字电信号，然后输入到计算机13进行处理。信号发生器1产生的TTL触 发信号用于同步A/D转换器12的模数转换过程，保证样品信号和参考信号的 同步性。计算机13从带调制的数字信号中解调出频率为2f,的二次谐波信号， 并依据计算式C, =乂、(《。)/。,丄人./4( 。)/。丄得出待测气体中的氧气浓度。式中C, 为样品池中含有的待测氧气浓度，4(A)为样品光的二次谐波信号，/。、为入射 到样品池的初始光强，C,为空气中的氧气浓度，^为参考光通过空气的光学长 度，4(叫)为参考光的二次谐波信号，/。,.为参考光入射到空气的初始光强，A 为样品光通过样品池的光学长度。具体实施方式二本实施方式与实施方式一的不同之处在于反射镜组9 由多个反射镜组成，入射到反射镜组9的光经过每个反射镜的反射后入射到所 述第二聚焦透镜10。其它组成及连接方式与实施方式一相同。反射镜组9的作用是让参考光在有限的空间内通过更长的吸收光程，提高 参考信号的信噪比，从而提高泖/量的精度。权利要求1、一种氧气浓度检测仪，其特征在于它由信号发生器(1)、驱动器(2)、可调谐多模二极管激光器(3)、准直透镜(4)、分光镜(5)、样品池(6)、第一聚焦透镜(7)、第一光电探测器(8)、反射镜组(9)、第二聚焦透镜(10)、第二光电探测器(11)、A/D转换器(12)和计算机(13)组成，信号发生器(1)的一个输出端连接驱动器(2)的输入端，驱动器(2)的输出端连接可调谐多模二极管激光器(3)的输入端，可调谐多模二极管激光器(3)的输出光入射到准直透镜(4)内，经准直透镜(4)透射得到平行光，所述平行光经分光镜(5)分成透射光和反射光，所述透射光经过样品池(6)后入射到第一聚焦透镜(7)，经第一聚焦透镜(7)聚焦后入射到第一光电探测器(8)的光信号输入端，所述反射光经反射镜组(9)反射后入射到第二聚焦透镜(10)，经第二聚焦透镜(10)聚焦后入射到第二光电探测器(11)的光信号输入端，信号发生器(1)的另一个输出端、第一光电探测器(8)和第二光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧气浓度检测仪，其特征在于它由信号发生器（１）、驱动器（２）、可调谐多模二极管激光器（３）、准直透镜（４）、分光镜（５）、样品池（６）、第一聚焦透镜（７）、第一光电探测器（８）、反射镜组（９）、第二聚焦透镜（１０）、第二光电探测器（１１）、Ａ／Ｄ转换器（１２）和计算机（１３）组成，信号发生器（１）的一个输出端连接驱动器（２）的输入端，驱动器（２）的输出端连接可调谐多模二极管激光器（３）的输入端，可调谐多模二极管激光器（３）的输出光入射到准直透镜（４）内，经准直透镜（４）透射得到平行光，所述平行光经分光镜（５）分成透射光和反射光，所述透射光经过样品池（６）后入射到第一聚焦透镜（７），经第一聚焦透镜（７）聚焦后入射到第一光电探测器（８）的光信号输入端，所述反射光经反射镜组（９）反射后入射到第二聚焦透镜（１０），经第二聚焦透镜（１０）聚焦后入射到第二光电探测器（１１）的光信号输入端，信号发生器（１）的另一个输出端、第一光电探测器（８）和第二光电探测器（１１）的电信号输出端分别连接Ａ／Ｄ转换器（１２）的一个输入端，Ａ／Ｄ转换器（１２）的输出端连接计算机（１３）的输入端，样品池（６）中的介质是待测氧气气体，可调谐多模二极管激光器（３）的中心波长为７６０ｎｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，娄秀涛，高宝烈萨姆斯菲林，陈斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]